二步法方型三维编织复合材料的细观结构

对二步法方型三维编织复合材料的三维五向结构进行了真实的描述与分析。在此基础上划分出边上、角上和内部单元体。通过对复合材料的横截面以及与试件表面成45°的纵切面进行观察,确定出轴纱因受编织纱捆绑挤压产生的形变情况以及轴纱内纤维体积含量。     

三维编织复合材料孔边特性的工程计算及分析

三维编织复合材料的研究中, 实际工程常用的带孔结构缺乏理论分析方法。在分析三种不同制孔工艺的基础上, 研究了三维编织复合材料的孔边特性, 提出了一种工程计算方法。先根据孔边纱线几何构型分析计算出制孔影响范围, 再进行孔边单元体物理性能计算, 然后用有限元方法对孔边区域进行建模计算。用此种方法对典型件进行分析计算, 并做试验验证, 试验结果与理论分析的规律性一致。在此研究基础上, 提出了一些设计、制造三维编织带孔件的工程建议。      

二步法方型三维编织预制件编织结构参数与工艺参数

以比较真实的细观结构为基础,本文作者运用"单元体叠加法",通过具体推导编织结构参数和工艺参数之间的关系,提出一套准确的编织工艺计算公式用于指导实际生产的工艺设计。同时,进行了许多设计的实验,有效地验证了所得到的结构参数和工艺参数之间关系的正确性。     

三维全五向编织复合材料的细观结构分析

针对三维全五向编织复合材料,研究了其四步法编织工艺的实现过程,并详细描述了编织复合材料各控制区域内纱线的空间走向及运动规律,在此基础上建立了能反映三维全五向编织复合材料基本结构的几何单胞模型。通过分析编织物内纱线间的空间挤压关系,设定合理的假设,计算了全五向编织复合材料的纤维体积含量,并分析了纤维体积含量与编织工艺参数之间的关系,为进一步研究该材料的力学性能奠定了基础。     

四步法三维矩形编织复合材料的细观结构模型

基于现有实验研究和编织工艺中携纱器的运动规律, 重点分析了材料内部区域纤维束的空间构型, 建立了材料的三维实体细观结构模型。该模型不仅体现了内部纱线因打紧工序而形成的紧密接触和截面变形, 而且考虑了内部和表面区域纱线因挤紧状态不同所造成的纱线填充因子变化。基于一种单胞取向平行于材料横截面边界方向的新划分方案, 解决了45°单胞划分方案的不足, 建立了便于力学性能分析的单胞几何模型, 并指出了编织工艺参数和模型宏细观结构参数的关系。模型数值结果与试件实测数据吻合, 表明了该模型的合理有效性,为材料后续力学性能分析奠定了基础。      

三维编织多功能结构复合材料的发展

在某些实际应用中,需要复合材料不仅具有多种功能,例如抗烧蚀、抗冲击、隔热等,而且还能作为结构材料使用,这种复合材料可以称为多功能结构复合材料.在多功能结构复合材料设计中需要按不同的功能应用和力学特性进行分层设计.利用三维编织技术可以实现多功能结构复合材料的分层异形整体编织,为多功能结构复合材料的发展提供了可能性.本文介绍了三维编织复合材料的性能和制作多功能结构复合材料所采用的三维编织技术.      

三维编织复合材料理论研究进展

有关三维编织复合材料的理论分析研究归纳为:基于细观结构几何模型的物理性能研究和力学性能研究两部分.纤维体积分数是物理性能研究的最主要参数,力学分析以复合材料的弹性性能为主.合理的几何模型决定了力学性能分析与试验结果的一致性.建立在代表性体积单元尺度的几何模型应用最为广泛,得到了力学性能的试验验证.三维编织复合材料的力学性能的数值仿真主要以有限元方法为主,然而仅仅依赖于对其弹性性能的研究结果还远远不能满足三维编织复合材料作为关键结构部件的使用要求,建立完善的断裂准则是编织复合材料大量使用的理论依据.特殊形状的一次性编织复合材料的力学性能研究有待进一步深入.     

复合材料三维整体编织结构技术与特性

复合材料三维整体编织技术是国外八十年代发展起来的高新纺织技术。采用这种技术,创造了一类新的复合材料结构型式,显著改善了多方面的力学特性。已有的应用表明.这种高新技术与结构型式,可广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、武器装备、体育用品等诸多领域。本文综述了复合材料三维整体编织工艺的特点,三维编织结构物,以及某些优异的特性。     

复合材料三维整体编织结构技术与特性

复合材料三维整体编织技术是国外八十年代发展起来的高新纺织技术。采用这种技术,创造了一类新的复合材料结构型式,显著改善了多方面的力学特性。已有的应用表明.这种高新技术与结构型式,可广泛应用于航空航天、交通运输、石油化工、武器装备、体育用品等诸多领域。本文综述了复合材料三维整体编织工艺的特点,三维编织结构物,以及某些优异的特性。      

三维编织技术和三维编织复合材料

与层合复合材料相比，三维编织复合材料具有完全整体、不分层的结构，可用于制造结构制件和高功能制件，所以，进一步研究三维编织技术和三维编织复合材料对发展我国新材料具有重要的意义。     

三维五向管状织物纱束轨迹及纤维体积分数的分析与研究

针对四步法编织的三维五向管状织物,基于圆形编织的纱束运动过程及机理分析,研究了织物内部与表面纱束的几何拓扑关系,继而提出三维五向管状织物的单胞结构模型。在此基础上,分别用阿基米德螺旋线段和圆弧段近似预成型内部与表面的纱束轨迹投影,并给出相应的数学描述。根据单胞几何特征,提出了织物横截面上不同位置处的纤维体积分数计算方法。通过建立纱束数据结构及运用计算机可视化技术,对纱束空间轨迹及横截面纤维体积分数进行了模拟显示。这对表征三维五向管状织物的结构性质、实现编织参数优化设计有着重要的意义。      

复合材料三维四向矩形编织物角柱结构研究

针对有限元计算对几何数据的需要,详细研究了由四步1∶1法编织的复合材料三维四向矩形编织物的角柱结构,为其建立了准确的几何模型。以矢量方法导出纺纱(纤维束)角柱段轴线、以及角柱段与内部段、角柱段与角柱段的接触线等的数学表达式。据此得到角柱结构几何参数值,它们可用于该材料的图形显示和力学分析。      

三维编织复合材料中纤维束横截面形状的研究

采用计算机图象分析技术,重点对三维编织复合材料微观结构中纤维束的横截面形状进行了全面的研究。结果表明:在复合材料的内部、边部和角部,纤维束的横截面形状是不同的。并初步探讨了纤维束横截面面积的变化与花节长度的关系。      

三维六向编织复合材料力学性能的实验研究

通过拉伸 ( 含开孔拉伸 ) 、压缩 ( 含开孔压缩 ) 、面内剪切及冲击后压缩实验,获得了三维六向编织复合材料的主要力学性能参数。基于宏观实验,探讨了材料在拉伸、压缩及剪切载荷作用下的破坏模式和失效机理,分析了开孔类型 ( 机械孔、编织孔 ) 对材料拉、压性能的影响并研究了冲击对材料压缩性能的影响。所获结果为进一步研究三维六向编织复合材料的刚度、强度预报奠定了基础。     

三维四向编织复合材料的几何建模及刚度预报

提出了四步法三维四向矩形编织复合材料的单胞几何模型, 该模型考虑了空间纤维束的相互扭结和挤压而造成的纤维束弯曲和截面形状变化。基于刚度体积平均思想, 采用微元段直纤维的单向层板刚度分析方法建立了相应的刚度预报模型, 得到了材料的工程弹性常数, 数值结果表明了该模型的有效性;分析了工艺参数和纤维束横截面形状对弹性常数的影响规律, 得到了一些有益结论。     

三维正交机织物参数对纤维体积含量的影响

三维机织物设计的一个目标是满足要求的纤维体积含量。通过分析三维正交机织物单元体的结构,可以计算经纱、纬纱和捆绑纱的截面尺寸,建立纤维体积含量与织物参数间的关系。实际制织了一块6层经纱、5层纬纱的玻璃纤维三维正交机织布,测试了经纱、纬纱、捆绑纱以及织物的纤维体积含量,并与理论计算值进行了对比,分析了产生误差的原因。最后,分析了织物参数对纤维体积含量的影响,发现经纬纱粗度比的增大或间距比的减小,将使经纱和织物的纤维体积含量增大,纬纱的纤维体积含量减小;捆绑纱的引入,降低了经纱、纬纱和织物的纤维体积含量。      

三维管状编织复合材料及其构件可变微单元几何分析模型

针对工程实际中的管状和空间三维编织复合材料构件中力学性能存在梯度的情况,提出一种性能可以变化的六面体微单元几何模型来描述三维编织复合材料及其构件的几何特性。这种微单元的结构根据三维编织立体几何结构的不同而不同。找出微单元几何形状的变化规律和编织纱线在单元中的位置及体积百分数的变化趋势,为确定这些因素与微单元局部力学性能的关系提供了一种切实可行的分析模型。以轴线为直线的管状三维编织复合材料为例,建立了可变微单元几何模型,详细分析了各个参数之间的变化关系。这里等轴向编织花节矩形断面复合材料分析成为可变微单元分析方法的一种特殊情况,同时这种模型还可用于描述空间复杂形状多维编织复合材料的几何特性描述,有助于这类材料及构件的力学分析。      

基于均匀化理论的三维编织复合材料细观应力数值模拟

从基于小参数渐近展开和摄动方法的均匀化理论出发,给出了求解细观应力的数学表达式。通过有限元方法对三维编织复合材料的细观应力场进行数值模拟,并结合适当的强度准则对拉伸极限强度下单元的失效情况进行判断,得出材料强度的一种细观失效判据。通过该方法得到的应力计算结果与实验结论基本相符。