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。     

三维编织复合材料的细观结构与力学性能

归纳、梳理了三维编织复合材料细观结构表征方面较有代表性的单胞模型,分析、比较各结构模型的优缺点,从理论分析与试验测试两方面总结三维编织复合材料刚度和强度性能的研究成果与进展,探讨了细观结构表征与力学性能预报中存在的主要问题,并展望今后的研究重点与发展方向。     

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力学行为研究现状

关于三维编织复合材料的细观几何模型以及力学性能的研究进展进行了综述,着重阐述了近年来该研究领域的一些学术成果,其中包括三维编织复合材料力学性能的实验和理论研究.实验研究则多以测试各种编织参数和载荷对其力学性能参数的影响规律,而理论研究则侧重介绍细观结构力学模型.最后,总结了目前研究工作存在的问题,并对未来发展趋势做出展望.     

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。     

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。     

三维编织复合材料平均刚度的研究

研究了三维编织复合材料的细观结构,建立了局部剖切模型,模型较好地表征了编织预形件及其复合材料的细观结构。由于复合模压会改变复合材料的细观结构,从而使编织角发生变化,这一变化会直接影响到复合材料的刚度计算。运用所建模型并考虑单元体积比例因子,以加权法算出复合材料的平均刚度,数值结果与拉伸试验数据较吻合,可运用于工程计算。     

二维编织复合材料力学性能分析研究进展

论述了二维编织复合材料力学性能研究进展,主要包括结构几何模型的研究、力学性能的实验研究和理论研究三部分。在细观结构研究中,选择代表性体积单元建立合理的简化几何模型是应用最为广泛的。在力学性能的研究中,主要分析弹性性能,分析方法以有限元方法为主。最后,总结研究存在的问题,并对未来的研究趋势进行展望。     

编织结构复合材料力学性能的测试与分析

对四步法三维编织复合材料的拉伸、压缩和弯曲等性能进行了实验研究,得到了该材料的主要力学性能参数及破坏规律.实验结果表明:三维编织复合材料具有良好的力学性能,而编织工艺和编织结构对复合材料的性能有较大的影响.这些结果为进一步研究复合材料的强度失效问题奠定了实验基础.     

二维编织复合材料管件力学性能研究进展

综述了近年来国内外对二维编织复合材料管件力学性能的研究成果及研究进展,主要包括力学性能实验研究、结构几何模型和数值仿真研究。在实验研究中介绍了二维编织复合材料管件的能量吸收性能及弹性性能,同时重点介绍了编织角及编织结构的变化对复合材料各种性能的影响的最新研究进展;在结构几何模型研究中,以细观结构、宏-细观结构模型研究为主,详细介绍了当前流行的建模方法;在数值仿真研究方面,介绍了研究人员根据二维编织成型原理以及纤维在复合材料中的取向建立的实体模型仿真分析。最后,总结当下研究中存在的问题,并对未来研究趋势进行展望。     

玄武岩纤维及其复合材料基本力学性能实验研究

本文对一种国产玄武岩纤维及其复合材料的基本力学性能进行了实验研究,并对纤维的化学组成和表面状态进行了分析。结果表明,所研究的玄武岩纤维丝束的拉伸性能低于S-2玻璃纤维,分散性较大;玄武岩纤维/环氧648复合材料的基本力学性能多数与S-2玻璃纤维/环氧648复合材料相近,部分性能甚至高于后者。     

三维编织复合材料有效模量的计算

三维编织复合材料的模型是计算机辅助设计复合材料的基础，但是目前的研究还很不成熟。本文应用三维编织复合材料的单胞模型，应用有限元分析软件ANSYS模拟了三维编织复合材料的编织结构，并模拟了得到了复合材料拉伸时的位移场和应力场，并由ANSYS的应力和应变结果计算了复合材料的等效弹性模量。其计算结果与实验结果符合较好。     

三维多重结构增强玄武岩复合材料的力学性能研究

根据机织和针织复合材料各自的特点,以玄武岩纤维为材料,设计出一种新型的三维玄武岩纤维增强复合材料。对这种复合材料进行了拉伸、弯曲和重锤冲击测试,并对三种破坏机理进行了分析。     

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。     

碳织物复合材料力学性能研究

本文研究了织物编织类型及树脂含量对碳织物复合材料力学性能的影响。试验结果证明，平纹织物复合材料的力学性能最低，缎纹织物复合材料的力学性能最高；当树脂含量为wt42—45％时，碳织物复合材料的拉伸、压缩性能最佳。     

孔隙率对复合材料单向板横向力学性能的影响

在考虑纤维和孔隙随机分布的情况下,通过随机算法生成包含孔隙的代表性体积单元Representative Volume Element(RVE)。对生成的RVE建立有限元模型,引入基体的塑性本构模型和界面的双线性本构模型,采用有限元方法研究了孔隙率对碳纤维/环氧树脂复合材料单向板横向力学性能的影响。研究显示,孔隙随机分布对横向力学性能的影响不是很大;当孔隙率不超过临界值时,孔隙对横向力学性能的影响相对较小;当孔隙率超过临界值后,材料横向弹性模量、横向拉伸强度和横向压缩强度都会有较大的下降。     

织物结构对2.5维织物复合材料冲击动态力学性能的影响

本文设计了五种具有直交和弯交结构的角联锁织物,并与环氧树脂复合固化制成复合材料薄板,采用落球冲击实验结合振动测试系统,通过采集落球冲击前后的动能差以及复合材料各测试点处加速度的动态信号频谱,研究了角联锁结构复合材料冲击作用下的吸能特性和振动性能.结果表明,因织物结构不同造成的纤维体积含量、经纱弯曲角度和经纱跨度等因素能够对角联锁复合材料的冲击动态力学性能产生显著影响.几种板材的固有频率随纤维体积含量的增大而增大,直交结构比弯交结构振动衰减慢得多,且弯交结构的振动阻尼明显高于直交结构.     

微波固化成型三维中空复合材料结构的力学性能

为了改善三维中空复合材料结构微波固化成型的固化均匀性,提出了添加外部导热附加模具和内部微波吸收剂两种不同的方法。通过试验研究了附加模具的材料、厚度以及微波吸收剂种类和含量对三维中空复合材料结构力学性能的影响。结果表明,结构的平压失效模式包括芯柱失稳和压溃,剪切失效模式为芯材剪切失效和界面脱粘,短梁弯曲的失效模式为面板/芯材界面的脱粘后屈曲破坏。相比于未添加附加模具,AlN和Al_2O_3陶瓷均可以提高结构的力学性能,但AlN的增强效果更显著。AlN模具厚度的增加不利于结构的力学性能,模具厚度从0.5 mm增加到1.5 mm时,结构的平压、剪切和芯材剪切强度均随之降低。微波吸收剂的添加均可提高中空结构的力学性能,其中剪切和芯材剪切强度随着石墨含量的增加而增加,平压强度随着石墨含量的增加先增加后降低,而Fe_3O_4含量变化则对结构力学性能的影响不显著。