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。     

碳纤维织物引入体育器材成型技术及力学性能研究

碳纤维织物在体育器材领域具有广泛的应用前景，针对不同成型轮廓的体育器材，选用合适的纤维取向织物将有助于实现产品成型特性的优化。基于此，简单介绍了体育器材用碳纤维织物的几种常见成型技术，如模压成型、RTM成型与挤压成型等。再以体育器材中常用的碳纤维织物T3OO-3K平纹布料为试验对象，设计了单轴拉伸、双轴拉伸以及方盒冲压试验，分析研究其拉伸性能与冲压性能，总结碳纤维织物在成型过程中的力学行为与变形机理。     

不同组织大麻织物抗渗水性和透气性的测试分析

通过对蜂巢组织、麦粒组织、鸟眼组织、绉组织和透孔组织五块不同组织的大麻织物以及四块不同紧度平纹织物的透气性、抗渗水性进行测试并对比分析,结果显示,织物的透气性与织物的经纬密度、经纬纱线号数、纱线捻度等关系密切。     

基于深度学习的平纹Cf/SiC复合材料原位拉伸损伤演化与断裂分析

为揭示平纹C_f/SiC复合材料的拉伸损伤演化及失效机理,开展了X射线CT原位拉伸试验,获得材料的三维重构图像,利用深度学习的图像分割方法,准确识别出拉伸裂纹并实现其三维可视化。分析了平纹C_f/SiC复合材料损伤演化与失效机理,基于裂纹的三维可视化结果对材料损伤进行了定量表征。结果表明:平纹C_f/SiC复合材料的拉伸力学行为呈现非线性,拉伸过程中主要出现基体开裂、界面脱黏、纤维断裂及纤维拔出等损伤;初始缺陷易引起材料损伤,孔隙多的部位裂纹数量也多;纤维束外基体裂纹可扩展至纤维束内部,并发生裂纹偏转。基于深度学习的智能图像分割方法为定量评估陶瓷基复合材料损伤演化与失效机理提供了有效分析手段。     

2D-SiC/SiC陶瓷基复合材料的拉伸本构模型研究

通过单向拉伸试验,研究了2D-SiC/SiC复合材料的应力-应变行为.结果表明,材料单向拉伸应力-应变曲线表现出明显的双线性特征,且线弹性段较长.通过试件断口照片,分析了2D-SiC/SiC复合材料单向拉伸破坏机理和损伤模式.基于对损伤过程的假设,建立了二维连续纤维增强陶瓷基复合材料的双线性本构模型,并将其应用于2D-SiC/SiC复合材料的应力-应变曲线模拟,模拟结果与试验值吻合很好.同时,分析计算表明,2D-SiC/SiC复合材料的单轴拉伸行为主要由纵向纤维柬决定,横向纤维对材料的整体模量和强度贡献很小.     

Vectran纤维复合材料抗破坏性能的研究

为了解Vectran纤维复合材料抗破坏性能,本文测试了Vectran织物及其有机硅涂层织物的拉伸、撕裂、冲击和磨损性能,并分析了涂层对其力学性能的影响。试验得出,Vectran织物轻质高强,其拉伸破坏形式为纱线的断裂和滑移;经涂层工艺加工后,织物中纱线被固定,拉伸破坏主要表现为纤维的直接断裂;涂层使Vectran织物的撕裂强力大大降低,主要是由于涂层使织物的撕裂三角区大大减小,受力纱线根数减小;涂层织物的抗冲击性能远远低于未涂层织物;Vectran纤维的耐磨性能较好,经受砂轮磨损后基本不产生磨屑。     

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.     

立体打印机织物基本组织

以3ds Max软件为平台,采用Peirce圆形理论模型,结合NURBS曲线建模方法,根据控制点坐标确定出机织物基本组织中的纱线轴线路径,通过对纱线截面"放样"、"复制"等操作,得到机织物平纹组织、1/3↗右斜纹组织的三维模型。以柔性聚乳酸耗材为打印材料,通过熔融层积成型(FDM)技术,在3D打印机中对建立的机织物基本组织模型进行立体打印,得到了立体打印的机织物组织。     

平纹编织碳纤维增韧碳化硅复合材料的力学性能及损伤演化

通过平纹编织碳纤维增韧碳化硅复合材料的拉伸、压缩和剪切的单向与循环加–卸载实验,分别研究了材料在拉伸载荷、压缩载荷和剪切载荷作用下的力学性能和损伤演化过程。结果表明:在压缩载荷作用下,材料的压缩性能下降很小,基体开裂,纤维界面脱粘和纤维束断裂为主要的失效机理;材料在拉伸和剪切载荷作用下,损伤演化过程有所区别。材料拉伸损伤演化经历损伤初始阶段、损伤加速阶段和损伤减缓阶段,为韧性断裂,损伤破坏主要表现为:基体开裂、横向纤维束开裂,界面层脱粘、层间剥离和纤维断裂;在剪切载荷作用下,经历损伤加速阶段和损伤减缓阶段,基体开裂、界面层脱粘和纤维断裂为主要的损伤机理,试样最后在最窄截面位置形成平断面。基于实验研究结果,采用回归分析方法,分别给出了材料在拉伸载荷和剪切载荷作用下损伤演化方程式。     

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。     

玄武岩纤维增强不饱和聚酯层压复合材料低速冲击损伤性能

研究0°单向、0°/90°交错和平纹织物三种不同铺层方式玄武岩纤维增强复合材料低速冲击加载力学性能。在实验中,通过手糊成型法并在硫化机上加热加压制备层压复合材料,且在Instron9250落锤冲击测试仪上完成层压复合材料低速冲击试验,得到载荷-挠度曲线和载荷-时间曲线,用于分析三种不同铺层方式玄武岩纤维增强不饱和聚酯树脂层压复合材料低速冲击加载力学性能。通过观察层压复合材料破坏形态来分析其破坏方式。实验结果表明:0°/90°交错层压复合材料和平纹织物增强层压复合材料抗低速冲击性能优于0°单向层压复合材料;0°单向层压复合材料破坏方式为裂纹沿着纤维方向伸展,而0°/90°交错层压复合材料和平纹织物层压复合材料破坏只发生在冲击点附近局部区域。     

聚乳酸纤维抗菌织物

选用14.6 tex的聚乳酸纱线作为原料,用ASS3000单纱机对纱线进行上浆,SV111型剑杆自动织样机织造聚乳酸纤维平纹织物,采用Na2CO3碱液退浆法对织物进行退浆,H2O2对织物进行漂白,经热定形处理后,使用SCJ-939固着剂和CYK-302无机载银抗菌剂对织物进行抗菌整理,开发出聚乳酸纤维抗菌织物。对抗菌整理前后的聚乳酸织物的服用性能和抗菌性能进行了测试分析,研究证明:开发的聚乳酸纤维抗菌织物具有良好的服用性能和抗菌性能。     

平纹编织复合材料层板高速冲击损伤机理研究

根据碳纤维平纹编织复合材料层板在高速冲击下的断裂形貌特征,基于能量守恒原理构建层板的能量解析模型。模型考虑弹体动能被层合板的剪切破坏、拉伸断裂、压缩变形、分层损伤以及冲击区运动等损伤模式吸收,最终得到常微分形式的能量平衡方程。方程的几何参数中剪切充塞孔深度由试验弹道极限速度及理论求解得到,裂纹长度和分层损伤区域通过弹道冲击试验测量获得。在验证模型准确性的基础上,研究表明层合板在中速冲击时纤维拉伸断裂损伤吸收最多的能量,而高速冲击时压缩变形成为主要的吸能方式。在整个冲击过程中,较大的分层损伤区域使得基体的能量吸收作用不可忽视。层合板在平头弹冲击下与圆头弹相比吸收了更多的能量。     

平纹机织玄武岩纤维/环氧树脂复合材料冲击拉伸行为

以常规机织工艺生产织物增强体,以真空辅助树脂转移模塑法(VARTM)制备成型复合材料,研究单层平纹玄武岩长丝增强环氧树脂复合材料在准静态和高应变率加载下的拉伸性能。准静态和高应变率拉伸试验分别在MTS-810.23试验仪和分离式霍普金森拉杆(SHTB)测试系统上完成。试验结果表明该材料的力学性能具有应变率依赖性:随着应变速率的增加,拉伸模量和拉伸强度单调增加,失效应变单调减小,弹性能先增加后减小。材料的失效破坏特征也呈现明显的应变率效应:准静态拉伸时,材料断口整齐,树脂的破碎少,几乎没有纤维的抽拔和经纬向纤维束间的滑移;高应变率拉伸时,材料断口参差错乱,树脂完全破碎,纤维束抽拔严重、相互崩裂和滑移,织物增强体结构的整体性破坏严重。     

热处理工艺对Mini C/SiC复合材料拉伸性能和强度分布的影响

采用5种工艺制备了C纤维束增韧SiC陶瓷基复合材料(Mini C/SiC),研究了热处理工艺对不同制备工艺条件下Mini C/SiC复合材料拉伸性能和强度分布的影响。实验结果表明:在不进行热处理的Mini C/SiC复合材料中引入热解炭(PyC)界面相可提高拉伸性能和强度稳定性。与不进行热处理的MiniC/SiC复合材料相比,对引入PyC界面相复合材料的C纤维束和/或PyC界面相进行热处理均可提高拉伸性能。热处理温度小于等于1700℃时,先对C纤维进行热处理然后再沉积PyC界面相的MiniC/SiC复合材料,其拉伸性能最好。热处理温度为2 000℃时,先对C纤维沉积PyC界面相然后再进行热处理的Mini C/SiC复合材料,其拉伸性能最好。热处理温度对Mini C/SiC复合材料变形行为有着显著的影响,热处理温度不同时,复合材料表现出了不同的变形行为。     

玄武岩纤维/酚醛树脂基复合材料性能研究

对玄武岩纤维增强酚醛树脂基复合材料进行了实验研究。制备了连续玄武岩纤维平纹织物增强酚醛树脂复合材料。研究了胶含量对玄武岩纤维/酚醛树脂复合材料拉伸、压缩和层间剪切强度等力学性能、耐烧蚀性能的影响。利用SEM对复合材料压缩、层间剪切破坏断口和烧蚀试样的微观形貌进行了分析。研究结果表明,玄武岩纤维/酚醛树脂复合材料具有较好的界面性能,树脂含量在36%时CBF/酚醛树脂复合材料的力学性能最佳,线烧蚀性率和质量烧蚀率最低。     

基于拉伸载荷的碳纤维/环氧树脂层合板疲劳断裂机理

为研究拉伸载荷下碳纤维/环氧树脂层合板的疲劳性能，开展了4种应力水平下的T300/6511碳纤维平纹织物层合板的拉-拉疲劳实验，得到了不同应力水平下层合板的疲劳寿命。采用超声波C扫和扫描电子显微镜（SEM）观察断口形貌及内部损伤，讨论复合材料疲劳损伤发展积累过程和断裂机理。通过复合材料疲劳有限元分析模型，模拟了复合材料织物层合板疲劳损伤积累和失效过程，绘制了S-lg N曲线，分析发现模型预测的疲劳寿命及失效模式与实验结果吻合良好。疲劳加载时，层合板两侧自由边的表面首先出现基体开裂和分层损伤，随后诱发基体与纤维间界面破坏，损伤加剧，并迅速向内侧扩展；最后大量纤维和基体断裂，损伤贯穿整个截面，导致疲劳断裂。     

平纹编织C/SiC复合材料的失效判据

通过Arcan夹具拉伸实验,研究了平纹编织C/SiC复合材料的唯象强度特性,根据实验结果提出了一种椭圆形失效判据,可以反映拉压强度的差异,以及压缩和剪切同时作用时裂纹面闭合引起最大容许剪应力的回升.结果表明：椭圆形判据和实验结果在第一象限吻合良好,说明椭圆判据在第一象限内对平纹编织C/SiC是适用的.用线弹性有限元方法分析了Arcan拉伸实验中试样的应力状态和分布,并讨论了夹具刚度的影响.分析表明：试样缺口区域剪切应力分布均匀,大小接近平均剪应力;正应力在边缘有应力集中,中央应力约为平均正应力的77%.由于纤维增强陶瓷基复合材料存在微弱缺口敏感性,Arcan圆盘测出的强度略低于均匀拉伸结果.采用系数对测出的强度进行了修正.     

平面三向织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能研究

研究了平面三向织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能,并与平纹织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能进行了对比,同时分析了试样形状（长方形和哑铃形）对织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸的影响。结果表明,平面三向织物增强橡胶复合材料在各个方向的拉伸断裂强度及断裂伸长率变化较小,表现出准各向同性,而平纹织物增强橡胶复合材料则表现为明显的各向异性;哑铃形试样更适合织物增强橡胶复合材料的偏轴拉伸性能测试。     

聚对苯二甲酸丙二酯纤维在机织物中的应用

对聚对苯二甲酸丙二酯(PTT)纤维在机织物中的应用进行了研究。利用不同结构的PTT纤维的纯纺和混纺纱线,设计开发了平纹和斜纹组织的交织物,并对其服用性能如弹性回复性、折皱回复性、刚柔度、悬垂性、抗起毛起球性等进行了测试与分析。通过测试分析可以得出:利用PTT纤维可得到柔软、悬垂、抗皱的弹性机织物。