T型编织复合材料的制备及弯曲性能研究

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三维四向T型、三维五向T型、三维全五向T型及相同体积分数的三维全五向方形编织预制件,并将其分别与环氧树脂基体复合,制备三维编织复合材料。借助Instron万能材料试验机测试上述4种材料的弯曲性能,探讨材料发生弯曲破坏的机理。结果表明,三维全五向T型编织复合材料的抗弯性能最好,三维四向T型编织复合材料的抗弯性能最差;三维全五向T型编织复合材料比相同体积分数的三维全五向方形编织预制件抗弯能力强。     

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。     

三维全五向编织预型件的概念EI

三维编织复合材料是新型的先进材料,在航空航天高技术领域具有特殊的优势并发挥的重要作用.分析了传统三维编织复合材料的优势和不足,指出了影响该材料大范围推广应用的障碍,特别针对现有三维五向编织复合材料力学性能上的缺陷进行了分析,从材料细观结构角度提出了改进途径,给出了三维全五向编织复合材料的概念,指出了今后该材料可发展的应用领域.     

三维全五向编织预型件的概念

三维编织复合材料是新型的先进材料,在航空航天高技术领域具有特殊的优势并发挥的重要作用.分析了传统三维编织复合材料的优势和不足,指出了影响该材料大范围推广应用的障碍,特别针对现有三维五向编织复合材料力学性能上的缺陷进行了分析,从材料细观结构角度提出了改进途径,给出了三维全五向编织复合材料的概念,指出了今后该材料可发展的应用领域.     

三维全五向编织复合材料弹性性能及热物理性能的有限元分析

在三维全五向(Q5D)编织复合材料细观结构模型的基础上, 建立了其单胞参数化有限元模型。通过施加合理的边界条件, 计算得到了Q5D编织复合材料的弹性常数、 热传导系数和热膨胀系数, 所得结果与现有的实验数据吻合较好。在此基础上, 深入研究了纤维体积分数、 编织角等工艺参数对材料弹性性能和热物理性能的影响规律, 并将计算结果与三维四向(4D)和三维五向(5D)编织复合材料的相应结果进行了对比。结果表明, Q5D编织复合材料具有较好的力学性能和纵向导热性能, 其零膨胀结构的可设计性更强, 为进一步研究此种结构材料的强度问题和热力耦合问题奠定了基础。     

三维全五向编织复合材料弹性性能及热物理性能的有限元分析

在三维全五向(Q5D)编织复合材料细观结构模型的基础上,建立了其单胞参数化有限元模型.通过施加合理的边界条件,计算得到了Q5D编织复合材料的弹性常数、热传导系数和热膨胀系数,所得结果与现有的实验数据吻合较好.在此基础上,深入研究了纤维体积分数、编织角等工艺参数对材料弹性性能和热物理性能的影响规律,并将计算结果与三维四向(4D)和三维五向(5D)编织复合材料的相应结果进行了对比.结果表明,Q5D编织复合材料具有较好的力学性能和纵向导热性能,其零膨胀结构的可设计性更强,为进一步研究此种结构材料的强度问题和热力耦合问题奠定了基础.     

高性能复合材料管件制作工艺的比较及三维编织技术的应用

为了探索三维编织工艺用于高性能复合材料的低成本制造,首先对工程上常用的几种一维、二维复合材料管件的制作工艺进行了分析,指出了各自的优缺点,并进一步说明三维复合材料管件的性能优势。针对三维复合材料性能优越但成本昂贵的普遍认识,本工作指出三维编织工艺技术结合RTM成型工艺是实现高性能复合材料管件制造的低成本技术途径之一。最后通过实用的圆形管件型材的试制展示了整个三维编织工艺实现过程,并进而对各种类型管型制品的三维编织工艺的实现进行了展望。     

三维编织碳纤维增强尼龙复合材料合成工艺的研究

介绍了三维编织碳纤维增强尼龙（简称C3D／PA）复合材料的发展历史，并归纳了C3D／PA复合材料几种合成工艺的利弊所在。其中：采用三维整体编织技术能够制备形状复杂的C3D／PA复合材料，但成本较高；静态浇铸法操作方便、工艺简单但不易制备大型件或形状复杂件；反应注射成型技术，由于有真空、压力的辅助，使得大型件及形状复杂的中空制件的制备成为可能，且性能优良，是制备C3D／PA复合材料较为合适的方法。并进一步提出了改进C3D／PA复合材料性能的几种可能途径。     

三维四向编织复合材料改进模型的细观分析

三维编织复合材料现有的成型方法将导致编织物单胞模型发生变化,据此提出了一种改进的具有矩形截面的单元内胞模型,假设编织纱线具有平行六边形横截面,分析了不同区域胞体内部纤维束的空间构型,建立了三维四向编织复合材料内部单胞三维实体模型。通过分析编织物内纱线间的空间接触关系,采取合理的假设,推导了编织工艺参数和模型结构参数的关系,并计算了三维四向编织复合材料的纤维体积含量,为该种材料后续力学性能分析奠定了基础。该模型适用于部分不规则成型工艺,并有可能应用于其他形式的编织工艺研究。     

三维编织复合材料力学性能的实验研究

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反作用失效问题奠定了实验基础。     

三维编织复合材料面内刚度和强度性能研究

以修正的经典层合板理论为基础, 分析三维编织复合材料的力学性能。在单胞的长度方向积分和平均, 预测编织结构复合材料的有效弹性模量; 采用蔡-胡多项式失效准则, 得到三维编织复合材料的强度性能。另外, 进行编织结构复合材料的力学性能实验, 探讨纺织工艺参数, 如纤维编织角、横向编织角、轴向纱数与编织纱数之比、纤维体积含量等对力学性能的影响, 理论预报和试验结果进行对比, 发现该力学模型能较好地预报三维编织复合材料的刚度和强度性能。      

工艺及编织参数对三维编织复合材料性能的影响

利用真空浸渍法和RTM工艺分别制备了不同的三维编程碳／环氧复合材料，研究了工艺条件和编织参数对复合材料力学性能的影响，分析了其不同的失效方式，并利用扫描电镜观察分析了弯曲断口。     

Internal Strain Measurement in 3D Braided Composites Using Co-braided Optical Fiber Sensors

3D braided composite technology has stimulated a great deal of interest in the world at large. But due to the three-dimensional nature of these kinds of composites, coupled with the shortcomings of currently-adopted experimental test methods, it is difficult to measure the internal parameters of this materials, hence causes it difficult to understand the material performance. A new method is introduced herein to measure the internal strain of braided composite materials using co-braided fiber optic sensors. Two kinds of fiber optic sensors are co-braided into 3D braided composites to measure internal strain. One of these is the Fabry-Parrot (F-P) fiber optic sensor; the other is the polarimetric fiber optic sensor. Experiments are conducted to measure internal strain under tension, bending and thermal environments in the 3D carbon fiber braided composite specimens, both locally and globally. Experimental results show that multiple fiber optic sensors can be braided into the 3D braided composites to meas     

三维四向复合材料微观模型的研究现状及展望

三雏四向复合材料是一种新结构形式的复合材料,具有优良的力学性能、抗冲击损伤性能及耐烧蚀性能,受到各国学者的重视.在讨论目前较为成功的"米"字型、"六面体截面"交织型、"双扭线"型等单胞微观模型的基础上,提出了"贝塞尔"单胞模型.该模型较好地模拟了三维四向复合材料纤维的走向与微观结构,为下一步深入研究打下了基础.     

三维六向编织复合材料弹性性能理论预测

在三维六向编织物纱线运动规律的基础上, 建立了单胞模型, 推导了编织参数之间的数学关系。基于该模型, 采用改进的刚度平均化方法, 导出了三维六向编织复合材料的工程弹性常数, 分析了编织角和纤维体积含量对弹性性能的影响。结果表明, 三维六向编织复合材料具有良好的力学性能, 由于面内纬纱的加入, 使面内的力学性能得到了提高。      

Development of a new constitutive model considering the shearing effect for anisotropic progressive damage in fiber-reinforced composites

A corrected Linde's criterion considering the shearing effect for anisotropic progressive damage is developed to describe the elastic-brittle behavior of fiber-reinforced composites. Based on this criterion, a new three-dimensional (3D) nonlinear finite element model for static damage of unidirectional fiber-reinforced composites is proposed within a framework of continuum mechanics. The model is validated by taking 3D braided composites as example to study the relationship between the damage of materials and the effective elastic properties. The impregnated unidirectional composites are treated as homogeneous and transversely isotropic materials, whose properties are calculated by the Chamis' equations. The more accurate failure mechanisms of composites are revealed in the simulation process, and the effects of braided parameters on the uniaxial tensile behavior of 3D braided composites are investigated. Comparison of numerical results and experimental data is also carried out, which shows a better agreement than that of former study using the 3D Hashin's criterion.     

三维七向编织结构细观分析

根据三维编织的主要工艺, 系统地分析了三维七向编织物纱线的面内和空间运动规律。在此基础上,建立了能反映其基本结构的几何单胞模型, 并推导了编织参数之间的数学关系, 为进一步分析三维七向编织复合材料的力学性能奠定了基础。      

三维编织超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维/环氧树脂混杂复合材料力学行为及混杂效应

采用复合处理工艺对三维混杂超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维编织体进行表面处理, 通过RTM工艺制备了环氧树脂基混杂复合材料（UHMWPE/CF/ER）, 并研究了其力学性能及混杂效应。结果表明, 在纤维总体积分数一定的情况下, 随着超高分子量聚乙烯纤维/碳纤维混杂比的减小, 复合材料的弯曲强度、 弯曲模量及压缩强度增大, 而其纵向剪切强度及冲击韧性降低。三维编织混杂复合材料的断裂机制由混杂纤维的混杂比及其性质决定, 通过调节混杂比可实现对复合材料力学性能的有效调控。