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。     

碳纤维织物在室内空间中的设计与性能研究

为了将现代碳纤维织物应用于室内空间设计,对比分析了编织角度和纤维含量对单向编织对称铺层复合材料和二维编织对称铺层复合材料拉伸强度、拉伸模量和破坏模式的影响。结果表明,单2试样的最内层和最外层角度的差值高于单1和单3试样,造成纤维体积分数明显减小,拉伸强度明显降低;二维2试样的最内层编织角相较于二维1和二维3分别增加5o和3o,最内层编织角都相比增加了3o,纤维体积分数分别减小3.02%和2.87%,拉伸强度分别减小30.22MPa和7.7MPa;编织角和纤维含量都会对单向编织对称铺层复合材料和二维编织对称铺层复合材料的拉伸强度和拉伸模量造成显著影响。相较于单向编织对称铺层复合材料,二维编织对称铺层复合材料中的裂纹或者裂缝变得杂乱无章,但破坏最严重的区域都出现在外侧,而1/2宽度处的破坏相对较轻。     

纤维束丝数对平纹编织C/SiC复合材料力学性能的影响

通过对2种丝束平纹编织碳纤维布增强SiC（C/SiC）复合材料的力学性能实验,研究了纤维束丝数（1 k和3 k）对复合材料性能的影响.实验结果表明：1 k C/SiC复合材料的拉伸模量、拉伸强度、压缩模量、压缩强度、面内剪切强度和弯曲强度分别为90.8 GPa,281.8 MPa,135.8 GPa,452.2 MPa,464.3 MPa和126.8 MPa,分别比3 k C/SiC高39%,15.8%,25%,132%,29.3%和30.2%.纤维束粗细不同是导致纤维束弯曲度和复合材料孔隙率差异的主要原因,对压缩强度的影响最大,对拉伸强度的影响最小.     

2维C/SiC复合材料的拉伸损伤演变过程和微观结构特征

通过单向拉伸和分段式加载-卸载实验,研究了二维编织C/SiC复合材料的宏观力学特性和损伤的变化过程.用扫描电镜对样品进行微观结构分析,并监测了载荷作用下复合材料的声发射行为.结果表明:在拉伸应力低于50MPa时,复合材料的应力-应变为线弹性;随着应力的增加,材料模量减小,非弹性应变变大,复合材料的应力-应变行为表现为非线性直至断裂.复合材料的平均断裂强度和断裂应变分别为23426MPa和0.6%.拉伸破坏损伤表现为:基体开裂,横向纤维束开裂,界面层脱粘,纤维断裂,层间剥离和纤维束断裂.损伤累积后最终导致复合材料交叉编织节点处纤维束逐层断裂和拔出,形成斜口断裂和平口断裂.     

三维四步法纱线不同运动式样编织复合材料力学性能分析

通过对三维四步法1×3式样、1×5式样编织复合材料几何细观结构的研究,采用六边形纤维束截面假设,建立了一种三维四步法1×3式样、1×5式样编织复合材料有限元3D模型,对其拉伸、压缩和剪切力学性能进行了理论分析,并与试验结果进行了对比,验证了有限元3D模型的准确性。     

GF/PP复合纱针织物预型件热压成型的压力对复合材料拉伸强度的影响

本文实验研究了热压成型压力对GF/PP复合纱针织物制成的复合材料拉伸强度的影响.研究结果表明,在实验研究的压力范围内随着压力的增大,成型后的复合材料的拉伸强度呈现出先增大后减小的变化趋势.本文从压力的变化对熔融的树脂基体受到的向纤维束内部及纤维束之间渗透的外界推动力和阻力的影响角度分析讨论了产生该变化趋势的原因.     

关于编织复合材料羽毛球拍的参数化建模探讨

针对编织复合材料在羽毛球拍的应用,从理论、试验和参数化建模等多个角度分析了编织复合材料的特性和纤维体积比对羽毛球拍相关性能的影响。对编织复合材料进行相关的力学试验分析,结果表明:由于编织复合材料的独特的特性导致了其在0°和90°两个方向上的拉伸强度和压缩强度相差较大。同时,研究了纤维体积比对编织复合材料羽毛球拍的最大应力的影响。通过参数化建模的方式分析了纤维体积比的合理值。考虑制作羽毛球拍的成本因素,最终选择纤维体积率在10%～20%之间。     

纤维丝束大小对Mini-C/SiC拉伸性能与强度分布的影响

为了探究碳纤维丝束大小对纤维束复合材料碳/碳化硅(Mini-C/SiC)拉伸性能和强度分布的影响,采用化学气相浸渗(CVI)法制备了1k Mini-C/SiC和3k Mini-C/SiC复合材料.测试了C纤维束以及Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能,并采用两参数Weibull分布模型分析了强度分布,同时还观察了拉伸断口形貌.结果表明:3k C纤维束表现出了明显的"聚拢效应",其拉伸性能和强度稳定性均优于1k C纤维束,而且其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k C纤维束的高47％、13％、46％、54％和102％.同时,1k C纤维束发生韧性断裂,3k C纤维束发生脆性断裂.3k Mini-C/SiC复合材料的拉伸性能和强度稳定性均优于1k Mini-C/SiC复合材料,其拉伸强度、Weibull模数、特征强度、延伸率和断裂功分别比1k Mini-C/SiC复合材料提高了67％、69％、63％、92％和216％,而且两者的拉伸断裂方式均为典型的脆性断裂.纤维体积分数高是大纤维丝束复合材料3k Mini-C/SiC拉伸性能和强度稳定性优于小纤维丝束复合材料1k Mini-C/SiC的主要原因.     

二维二轴单向编织铺层复合材料拉伸性能的研究

提出了一种新型的二维二轴单向编织结构,研究了编织角和纤维体积分数的变化对该种结构复合材料拉伸性能的影响,并结合编织结构的特点分析了试样在拉伸破坏过程中的裂纹扩展模式。结果表明,上述编织复合材料的拉伸强度随纤维体积分数的增加而增加,但编织角的小幅度变化对拉伸性能影响较小。受编织结构的影响,试样内部在拉伸载荷作用下形成了两种分布规律的裂缝,层内裂缝沿样品厚度方向延伸,相邻铺层内的裂缝没有构成连续的扩展;层间裂缝沿着层与层的接触面延伸,表现为层间分层效应。二维二轴单向编织铺层复合材料内部裂缝的扩展模式综合表现为由上下铺层逐层向中心铺层扩展。本文的研究结果对于该类结构材料的设计与应用具有一定的指导意义。     

三维机织复合材料力学性能分析与研究

通过对三维机织复合材料几何细观结构的研究,分析了三维机织复合材料的力学性能,采用椭圆形纤维束截面假设并结合实际的纱线形态建立了一种新的三维机织复合材料力学模型,对三维机织复合材料的拉伸、压缩和层间剪切强度进行了理论分析,并与实验结果进行了对比,验证了力学模型的正确性。     

二维二轴编织铺层复合材料细观几何模型及拉伸模量的一种计算方法

建立了一套工程实用的二维二轴2×2编织结构的单层和多层的细观几何模型及拉伸模量的计算方法,分析复合材料的细观结构特征,考虑了编织纱束的实际横截面形态和屈曲起伏,还有实际编织工艺和成型固化,提出了单层和多层结构复合材料的细观几何模型,基于细观分析,建立了单层和多层二维二轴编织铺层复合材料等效力学模型和拉伸模量的计算方法,最终计算数值结果趋势上与实际情况一致,在具体数值上吻合度很好,表明该方法实际有效可行。结论表明,建立的细观几何模型能很好地表达单层和多层二维二轴2×2编织复合材料的结构特征,等效力学模型能够很好地反映复合材料的拉伸行为,建立的拉伸模量预测方法能够很好地导出拉伸模量。     

超声评价碳/环氧三维编织复合材料的实验分析

 本文采用超声回波法对碳/环氧三维编织复合材料进行超声A 扫描,结合对超声定位的缺陷区域进行细观形 貌解剖分析,研究了超声回波波形和三维编织复合材料细观形貌特征的对应关系。在考虑碳纤维单丝分布及纤维束 和树脂界面状态的基础上,利用经验的波形分析法讨论了超声波在三维编织复合材料中的衰减。实验研究结果表明 ,超声回波特征和三维编织复合材料缺陷有对应关系,超声A 扫描波形特征分析可用于碳/环氧三维编织复合材料 的无损检测及其缺陷的初步评价。     

三维编织Cf/SiC复合材料的拉伸破坏行为

通过三维编织碳纤维(carbon fiber，Cf)／SiC复合材料样品单向拉伸以及单向拉伸加卸载实验．结合样品断口观察．从宏观上分析了三维编织Cf／SiC复合材料单向拉伸时的力学响应，为进一步描述三维编织Cf／SiC复合材料力学行为奠定了实验基础。实验结果表明：三维编织Cf／SiC复合材料单向拉伸时，卸载模量衰减与应力呈线性关系，残余应变的增加与应力呈二次函数关系。微裂纹主要在编织节点处萌生，沿纤维束界面扩展，最终在编织节点处汇合，导致样品发生破坏。     

碳纤维三维编织复合材料横向变形损伤声发射监测

利用声发射(Acoustic Emission,简称"AE")技术和数字图像相关(Digital Image Correlation,简称"DIC")方法,结合破坏断口形貌,研究三维五向编织复合材料横向拉伸状态下的变形与损伤规律,分析横向拉伸力学响应、表层变形场及声发射信号特征。结果表明:三维五向编织复合材料的横向拉伸极限载荷较小,力学曲线分线性和非线性两个阶段,破坏曲线为非线性,与横向拉伸破坏机理有关。撞击累计数的递增趋势能较好地反映材料的损伤演化过程。三维编织复合材料横向拉伸破坏断口沿纤维编织方向呈非平齐状,失效模式主要为基体开裂和纤维脱粘以及少量的纤维断裂。表面全场信息很好地反映了材料横向拉伸损伤演化特征,为三维编织复合材料结构健康监测提供了依据。     

平纹编织C/SiC复合材料精细RVE的建立

通过对平纹编织C/SiC复合材料经向和纬向截面的扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)照片的精确测量,获取了纤维束的几何参数和波动曲线,以四参数正弦函数为拟合函数,得到了纤维束纵、横截面的参数化曲线方程。并通过建立的代表特征体元(representative volume element,RVE)得到纤维体积含量的计算值与试验测定值相比较,来检验模型的精确性。以MSC.PATRAN为平台,采用六面体单元进行分网,得到了RVE的三维有限元模型。通过在RVE模型中预制孔洞的方法,计算了平纹编织C/SiC复合材料的有效弹性模量,其中轴向拉伸模量与轴向剪切模量的计算值与试验值吻合较好,其它3个有效弹性模量还有待试验值的检验。     

玄武岩二维编织结构复合材料力学性能研究

以采用不同编织节距编织绳作为绳芯的双编绳与无捻粗纱作为绳芯的编织平行纤维绳为增强体,与环氧树脂CYD-128复合固化后制成具有一定形状及性能的复合材料,测试绳芯形式对复合材料力学性能的影响。结果表明:增强体绳芯节距对增强体的拉伸性能以及复合材料的拉伸性能、弯曲性能、压缩性能影响显著。在本试验范围内,绳芯节距为60 mm的增强体断裂强力最高,比最低值高出56%;增强体绳芯节距为60 mm的复合材料拉伸强度、压缩强度最高,比最低值分别高出77%、238%;增强体为编织平行纤维绳的复合材料弯曲强度最高,比最低值高出59%。     

单向碳/碳复合材料高温拉伸行为失效机理研究

碳/碳复合材料是一种耐高温、耐摩擦的新型复合材料。为了研究碳/碳复合材料在高温环境拉伸载荷作用下的损伤和失效机理,针对有、无抗氧化涂层(以下简称"涂层")[0]_(16)单向板碳/碳复合材料,开展了700℃下轴向拉伸测试,并对相应试验件的断口进行了SEM显微观测分析。拉伸试验结果表明:有涂层单向碳/碳复合材料在700℃下的应力-应变曲线呈线性,相比于室温,700℃下有涂层单向碳/碳复合材料的拉伸强度和弹性模量均得到了强化;无涂层单向碳/碳复合材料在700℃下的应力-应变曲线呈高度非线性,相应的力学性能下降明显。显微观测结果表明:试验700℃下有涂层单向碳/碳复合材料纤维束损伤形式为纤维束内纤维拉伸破坏、基体开裂和纤维拔出破坏;无涂层单向碳/碳复合材料纤维束断口变细且呈散状分布。     

C/SiC拉伸强度与声发射演化的关联性

对平纹编织C/SiC复合材料样品拉伸破坏过程的声发射进行监测,采用基于改进遗传算法的无监督聚类方法对声发射信号进行模式识别,统计分析各类声发射模式的特征及其演化过程,结合断口分析,研究了C/SiC复合材料的拉伸强度、损伤机制与声发射信号演化之间的关系.结果表明:维断裂的声发射能量能够反映纤维/基体界面结合强度;低强度C...     

玄武岩纤维增强聚丙烯基复合材料的力学性能研究

本文主要研究玄武岩增强聚丙烯复合材料的力学性能。分别制备了玄武岩纤维含量为10%、20%、30%和40%的纤维增强复合材料,并分析纤维含量对复合材料拉伸性能和弯曲性能的影响。研究表明,玄武岩纤维的加入大幅度提高了复合材料的拉伸性能和弯曲性能,但复合材料的断裂伸长率有所下降;随着玄武岩纤维含量的增加,复合材料的拉伸、弯曲强度和模量呈先增加后减小的趋势,当纤维含量在30%时达最大值;复合材料的弯曲强度和模量的变化规律与拉伸性能相同。     

静电纺纳米纤维束的制备与表征

利用静电纺丝法,采用尖角圆盘实现了具有定向排列纤维束的收集,应用SEM、XRD、DSC等方法对纤维束进行了理化性能表征。将多锭经拉伸、加捻、热定型等处理后的纤维束编织成线,研究了纤维束的锭数对编织线力学性能的影响。结果表明:圆盘的收集时间对纤维束力学性能影响并不明显,编织线相对单根纤维束的力学性能大幅提高,8锭不加芯的编织结构表现的力学性能最好。