编织形式对三维全五向编织复合材料拉伸性能的影响

本文以玻璃纤维为原料,采用全自动模块组合旋转法三维编织平台制备1×1,1×2,1×3,2×2等四种三维全五向编织物,并分别与环氧树脂基体复合,制备三维全五向编织复合材料。借助Instron万能材料试验机测试上述四种材料的拉伸性能,探讨编织形式对材料拉伸性能的影响。结果表明,1×1编织结构形式的拉伸性能最好,1×3编织结构的最差;1×2编织结构形式的单纱强力利用率最高,1×3编织结构的最低。     

三维五向编织玻纤/碳纤环氧树脂混杂复合材料冲击性能和冲击后弯曲性能研究

该文研究了三维五向玻纤/碳纤编织混杂复合材料的冲击性能和冲击后弯曲性能,对试样分别进行了落锤冲击试验和三点弯曲试验。研究表明,通过落锤冲击试样发现,冲击后冲击面的损伤比背面的损伤低,冲击背面裂纹主要沿纵向扩展;通过弯曲性能测试得出碳纤维的加入使玻璃纤维复合材料的弯曲模量提高;当轴纱排布为CF∶GF∶CF时,混杂复合材料的抗冲击性能最好,材料的抗冲击性能与混杂方式有关。     

三维五向编织复合材料工字梁弯曲性能研究

对四步法三维五向编织工字梁结构的弯曲性能进行了数值分析和实验研究。首先根据三维五向编织复合材料细观结构模型对材料进行刚度预测,讨论编织参数对材料性能的影响;在此基础上,将预测得到的单胞力学性能应用到宏观结构上,建立三维五向工字梁有限元模型,对其弯曲性能进行数值分析;最后采用RTM工艺制作工字梁试件进行四点弯曲试验,将结果与有限元计算结果进行对比。结果显示,编织参数的变化对三维五向编织复合材料的性能有着较大影响,有限元分析结果与试验结果基本一致。     

三维编织碳纤维复合材料剪切性能研究

本文采用短梁三点弯曲试验法,研究三维四向、五向编织碳纤维复合材料的剪切性能、剪切破坏过程及其破坏模式。结果表明:三维五向较三维四向编织复合材料剪切性能好;三维编织复合材料剪切强度沿长度方向随着编织角的减小而增加;切边三维编织复合材料试件受剪切破坏时在加载点附近侧表面裂缝沿纱线走向分布,上下两表面发生弯曲破坏,离开侧表面2 mm后内部纵向截面上下表层发生弯曲破坏,其它部位未发生剪切破坏。     

UHMWPE/CF混编三维编织复合材料的弯曲性能

为获得最佳的混编排列方式,基于三维四向编织结构,以碳纤维(CF)和超高分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维为增强体,以环氧树脂(EP)为基体,采用真空导入工艺设计制备了三维编织UHMWPE/CF/EP复合材料,并研究了不同混编排列方式预制件复合材料的弯曲性能。结果发现：韧性UHMWPE纤维的加入改变了非混杂碳纤维三维编织树脂基复合材料的弯曲破坏模式,破坏模式呈现为塑性破坏特征;基于CF和UHMWPE纤维数量之比为1∶1的情况下,采用逐块排列混编方式的复合材料的弯曲性能最佳,较之逐束排列混编方式的复合材料提高24.28%。     

开孔与螺栓加载的三维五向编织复合材料剪切破坏模式

本文研究了开孔和螺栓加载对三维五向编织复合材料剪切性能的影响。制备了4种样品:无孔编织件、机械开孔无螺栓加载的编织件、机械开孔且分别螺栓加载5次和10次的试件。结果表明:机械开孔只是造成孔边纤维的切断,没有发现其它明显的损伤;螺栓加载不会明显影响材料的剪切性能。材料的破坏模式为:在试样纵向截面内,裂纹的扩展区域成扇形,在纵向截面中裂纹区域长度沿着厚度方向从表面到中部逐渐缩短。三点弯剪切测试后,没有产生明显的分层破坏。在试样表面裂纹主要沿着纤维束编织角方向,而在试样内部裂纹主要沿着厚度方向和纤维束取向方向。     

三维编织SiO2基复合材料性能的研究

采用液相渗积工艺制备了三维SiO2／SiO2复合材料,对该材料的致密化以及力学性能、热物理性能、烧蚀性能和断口显微形貌进行了研究与分析,并着重研究了纤维体积含量及热处理温度对复合材料抗弯强度的影响。研究表明：该复合材料具有较好的力学性能和优良的抗烧蚀性能,随着纤维体积含量的提高,复合材料的抗弯强度随之提高。当纤维体积分数为50％,热处理温度为700℃时,复合材料显示出最高的抗弯强度(78MPa)。在烧蚀过程中无分层和剥离现象,表面光滑平整,耐烧蚀速率为0．17mm／s。通过加入非离子型表面活性剂,极大地改善了料浆的渗积性能,提高了复合材料的致密化程度,复合材料的密度高达1．65g／cm^3。复合材料的断面显微观察表明,材料的增韧机制是基体与纤维界面的脱粘和纤维的拔出吸收了大量的能量,使得该材料具有较高的强度,并具有非脆性断裂的特征。     

三维编织复合材料T型梁弯曲疲劳性能研究

采用四步法三维编织以及VARTM技术制得三维编织复合材料T型梁,利用MTS 810.23仪器对材料进行准静态三点弯曲测试,使用频率为3Hz、应力比R=1的正弦波加载条件对材料进行弯曲疲劳测试。根据测得的数据分析获得S-N曲线、应力位移曲线以及最大最小位移曲线,材料在50%应力水平下其三点弯曲疲劳加载循环次数超过50万次。通过最终破坏形态可知,筋高处纤维的断裂是导致材料最终失效的主要破坏模式。     

四步法三维编织复合材料弯曲疲劳行为实验研究

采用MTS 810.23仪器对一种四步法三维编织复合材料结构在应力比为R(σmin/σmax)=0.1、频率为3Hz正弦波条件下进行三点弯曲疲劳测试,研究三维编织复合材料弯曲疲劳性能。通过实验仪器测试准静态三点弯曲和不同应力下三点弯曲疲劳性质得到Data数据,通过对数据分析获得σ-N曲线和最大最小挠度曲线,对比不同应力水平下材料破坏形态从而揭示材料弯曲疲劳机理。实验结果:50%应力水平下,试样经过106次以上的循环仍然没有破坏,80%、70%和60%应力下材料失效的圈数分别是12 833、50 370、101 652。材料疲劳加载下刚度降解和挠度变化趋势相似,材料弯曲疲劳极限为50%,材料σ-N曲线呈三段式,材料低应力水平下疲劳寿命离散性高于高应力水平。     

缝合编织复合材料低速冲击以及冲击后弯曲性能研究

两片三维四向编织厚片叠层缝合和四片三维四向编织薄片叠层缝合,固化之后得到两种厚度接近的缝合编织复合材料。对两种材料进行冲击以及冲击后弯曲实验,分析其表面和内部损伤特征、分布和机理,探讨其冲击后的剩余弯曲性能。结果表明,3.2J/mm的冲击能量下,缝合编织薄片的表面损伤面积和厚度方向上的损伤小于缝合编织厚片;冲击后弯曲实验中,两种材料受压面的树脂裂纹在厚度方向上的相邻两编织片之间几乎观察不到,受拉面的树脂裂纹沿着冲击造成的树脂裂纹继续向横向、纵向和厚度方向扩展;缝合编织薄片未经冲击与冲击后的弯曲强度和弯曲模量均大于缝合编织厚片,但其弯曲断裂变形小于缝合编织厚片。     

三维角联锁机织复合材料弯曲抗疲劳性能有限元分析

使用三维绘图软件PRO/E 5.0绘制出三维角联锁机织复合材料结构模型,借助有限元软件ANSYS Workbench对该结构模型的弯曲疲劳性能进行分析。在复合材料弯曲静力学分析的基础上,添加疲劳工具对复合材料的抗疲劳性能进行分析,通过复合材料纤维、树脂各自的寿命、损伤分布云图分析复合材料的抗疲劳性能。结果表明:弯曲载荷作用下,复合材料与弯曲压头接触的位置表现出更大的弯曲应力;这些位置在较小循环载荷作用下较早发生破坏;与测试方向平行的纬纱较经纱发生更严重的破坏。     

三维编织PE-UHMW纤维增强PMMA复合材料的力学性能研究

采用真空浸渍法制备了三维编织超高相对分子质量聚乙烯(PE-UHMW3D)/聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料，重点研究了该复合材料的力学性能、纤维体积含量对复合材料力学性能的影响以及吸湿前后力学性能的对比。研究表明，PE-UHMW3D/PMMA复合材料具有较好的冲击强度。纤维经表面处理后，其弯曲强度、弯曲模量、横向和纵向剪切强度均有不同程度的提高，冲击强度略有下降。随着纤维体积含量的增加，横向剪切强度增加，纵向剪切和弯曲强度增加到一定程度反而下降。吸湿平衡后的力学性能有所下降。     

三维编织复合材料的发展及应用研究

三维编织复合材料以其高比刚度、高比强度以及优良的抗冲击、抗分层性能被广泛应用于航空航天领域。随着编织工艺的不断革新以及固化成型技术的持续发展,三维编织复合材料在一体化成型和大尺寸自动化编织上展示出得天独厚的优势。本文对三维编织机进行分类,讨论了三维编织与二维编织的区别,介绍了三维编织预成型体工艺的发展现状,对三维编织复合材料的应用现状进行总结。最后,对三维编织复合材料的应用前景进行了展望。     

三维编织复合材料力学性能研究现状

对三维编织复合材料的力学性能研究现状进行了综述,研究内容大致归纳为细观结构特征研究、有限元仿真研究及实验研究。细观结构研究主要是研究单胞几何模型的建立和编织工艺与单胞结构模型的关系。有限元研究主要集中在利用有限元软件对细观结构模型进行力学分析、刚度强度性能预测。实验研究是运用实验的方法对材料的拉伸性能、弯曲性能及疲劳性能进行研究,并分析编织工艺参数和温度对其力学性能的影响。最后,对目前研究中存在的问题和今后的发展趋势进行了展望。     

三维编织复合材料的力学性能

三维编织复合材料是一种新型结构材料，具有优异的力学性能。本文综述了三维编织复合材料力学性能的部分研究进展，并对发展趋势进行了简要的评价与展望。     

三维编织芳纶纤维增强尼龙复合材料性能研究术

研究了纤维体积比对三维编织芳纶纤维增强尼龙(简称K3D／PA)复合材料力学性能的影响。同时,研究了γ射线辐照处理对K3D／PA的影响。研究发现,随着芳纶纤维体积比的增大,K3D／PA的力学性能提高;芳纶纤维经γ射线辐照处理后,表面含氧量有所提高,并出现新的官能团。纤维经表面处理后,K3D／PA的弯曲强度、弯曲弹性模量及剪切强度均比未处理的高,但冲击强度较低。     

三维角联锁复合材料弯曲性能的热老化特征

研究了三维角联锁碳纤维复合材料未老化及90℃、110℃、180℃老化16 d的弯曲力学性能。对比三维角联锁复合材料弯曲-挠度曲线、破坏形态及SEM纤维特征,分析老化温度对复合材料弯曲性能的影响。通过环氧树脂DSC分析、红外光谱分析说明老化温度对树脂热学性质、后固化现象及分子结构变化的影响。结果表明:环氧树脂老化过程存在后固化和热降解两种竞争机制,90℃老化16 d的复合材料后固化作用突出,与未老化复合材料相比其弯曲强度增大;110℃老化16 d的复合材料热降解作用占优势,材料起始破坏弯曲强度略有下降;上述两者弯曲模量基本不变,而180℃老化16 d的复合材料热降解剧烈,树脂与纤维之间严重脱粘,材料弯曲强度明显下降,弯曲模量减小。     

麻纤维增强完全可降解复合材料的制备及性能研究

以亚麻落麻纤维、聚乳酸纤维为原料,采用非织造结合模压成型工艺制备了完全可降解复合材料.研究了增强纤维体积分数及纤维长度对复合材料弯曲、冲击性能的影响,采用扫描电镜(SEM)研究了复合材料中纤维与树脂之间的界面结合状况.结果表明:材料的弯曲、冲击强度均随纤维长度的增加而增大,当纤维长度为72mm时,体积分数为40%的材料具有最好的弯曲性能,纵横向弯曲强度分别为55.15、42.02MPa;体积分数为50%的材料具有最好的冲击性能,纵横向冲击强度分别为19.714、14.012kJ/m2;裁切断口处的SEM表明增强纤维与基体树脂之间存有一定数量的空隙,两相之间的界面结合强度有待进一步改善.     

三维编织结构参数对复合材料拉伸性能的影响

通过7组实验比较和分析研究,评价了编织结构参数(如编织角,纤维体积分数,轴向纱数与编织纱数之比,三维四向/五向,厚度)对复合材料拉伸性能的影响,且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与编织纱数之比等对复合材料的性能有较大的影响;复合材料有两种破坏模式,一种是裂纹沿纤维束扩展,另一种是纤维束拉断,后者为主要破坏模式。这些结果为三维编织复合材料的设计提供了依据。     

辐射改性三维编织增强聚合物复合材料的研究

采用Co—60γ射线辐照的方法对碳纤维表面进行活化处理和对丙烯酸环氧酯树脂进行辐射固化，进而制备出高性能的纤维增强聚合物复合材料。经检测，得到的复合材料的力学性能为：弯曲强度382MPa，弯曲模量24．3GPa，剪切强度276MPa，冲击强度165kJ．m^-2。