三维机织复合材料单胞模型各向异性的有限元分析

使用三维绘图软件Pro/E绘制出三维浅交弯联机织复合材料数字化结构模型,借助大型有限元分析软件ANSYS模拟单胞模型承受不同方向压缩载荷作用下的力学性能。探究在不同方向的压缩载荷作用下复合材料单胞模型的应力分布情况,并借此分析复合材料单胞模型的各向性能;以承受X方向压缩载荷的单胞模型为例,分析复合材料中纤维与树脂的受力情况。结果表明:三维机织复合材料受到压缩载荷时,表现出明显的各向异性,表现为X方向压缩性能最好,Z方向压缩性能最差;纤维作为主要承载体,承担较多载荷作用,树脂作为次要承载体,承担较少载荷作用。     

三维机织复合材料的力学性能

本文介绍了三维机织复合材料预形件的制造工艺及其复合材料的力学性能。并指出三维机织复合材料有优良的能量吸收能力和损伤容限。     

三维机织空芯结构复合材料的研究

众所周知，二维织物增强的复合材料有层间强度差的问题，为从根本上提高其损伤害限和可靠性，就需要提高材料厚度方向的整体性，三维机织空芯预制件应运而生。本文通过大量理论研究与织造实践，论述了三维机织空芯织物的整体织造技术、结构设计及复合工艺，为批量化生产奠定了基础。     

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。     

三维正交机织复合材料准静态侵彻实验和有限元模拟

用钢制侵彻体对三维正交机织复合材料在MTS材料试验机上作准静态侵彻测试，得到的准静态侵彻位移一载荷曲线用来研究材料的能量吸收和破坏模式。根据三维机织复合材料的细观结构建立单胞模型，结合应力更新原理编写用户子程序（VUMAT）。利用ABAQUS有限元软件及用户子程序模拟实验过程，得到的位移一载荷曲线与实验对比，可以看出有限元计算得到的结果与真实实验比较吻合，表明单胞的建立和用户子程序的编写是正确的。     

树脂基三维机织复合材料拉伸失效模式研究

树脂基三维机织复合材料试件在拉伸过程中,较多试样出现两个断口,其中一个断口出现在夹持过渡段,且呈明显的压缩失效特征。采用显式有限元计算及应力波理论分析方法,对试件断裂后的瞬态位移及应变响应开展了研究,结果显示拉伸断裂后应力波在远端夹持端引起的压缩应变大于静态压缩失效应变,从而导致在夹持端发生二次失效。该结论对采用ASTM D3039开展三维机织复合材料拉伸试验时的有效破坏模式提出了修正建议。     

三维正交机织复合材料弹道侵彻有限元模拟

测试复合材料弹道侵彻性质,得到复合材料弹道侵彻过程中子弹的入射速度和剩余速度及冲击破坏形态。基于复合材料的真实细观结构,建立细观结构模型,运用商用有限元软件ABAQUS/Explicit计算复合材料弹道侵彻破坏过程。研究发现三维正交复合材料不同破坏机制:三维正交机织复合材料不产生冲击分层,纤维断裂和基体开裂是主要吸能模式,复合材料冲击破坏是最主要的破坏模式。     

三维角联锁机织复合材料低速冲击破坏的有限元计算

测试三维角联锁机织复合材料低速冲击性能,得到复合材料在低速冲击过程中的载荷－位移曲线等。结合采用冲击接触定律、单元失效准则和材料刚度退化技术,建立复合材料低速冲击的三维有限元单胞模型。运用商业有限元软件ABAQus／Explicit,联合用户子程序（VUMAT）计算复合材料低速冲击破坏过程。比较有限元计算结果和实验结果,发现二者在载荷一位移变化规律和复合材料破坏形态上较为吻合。     

三维机织复合材料的织造技术

三维机织复合材料性能与增强体结构密切相关，而增强体结构由织造工艺决定。本文将重点阐述三维机织的织造工艺的种类及其特点，并对VABTM做简要介绍。     

二维与三维机织复合材料的力学性能实验研究

通过对超厚三维正交机织复合材料及二维机织层合板分别进行拉伸和压缩实验，研究比较两复合材料刚度和强度特性的差异；研究发现无论是三维机织材料的拉、压，还是二维层合板的拉、压的应力一应变曲线都可近似为直线关系，而且具有脆性破坏的特点；三维复合材料的拉、压强度要高于二维层合板，是由于不同的增强相结构及纤维含量造成；不同的破坏模式对材料强度影响很大。     

三维正交机织复合材料的力学性能

测试了5种不同规格型号的三维正交机织复合材料以及同种型号增强体与两种不同树脂基体得到的复合材料的抗拉伸、抗弯曲力学性能,并分析了其破坏模式。结果表明:三维机织复合材料能有效阻止分层破坏,且纬向的力学性能明显好于径向,其力学性能也会随树脂基体力学性能的提高而有所提高,模量的变化尤其明显。     

铺层结构对三维中空夹层复合材料压缩性能的影响

采用手糊成型制备了双夹层三维中空夹层复合材料,重点研究了厚度为5 mm和8 mm的三维中空织物ZK5和ZK8铺层顺序对复合材料压缩强度的影响,并从树脂含量、织物厚度匹配性角度进行分析。结果表明,随树脂含量增加,三维中空夹层复合材料的压缩强度明显提高;双夹层三维中空夹层复合材料中,下层的树脂含量明显高于上层;ZK5和ZK8织物铺层顺序对双夹层中空复合材料的压缩强度影响较大,其中将ZK8置于ZK5下层时复合材料的压缩强度为ZK8置于ZK5上层时的1.7倍,即在三维中空夹层复合材料总厚度不变的情况下,将高厚度中空织物置于下层的结构明显优于将其置于上层的结构。通过这一概念可以在保证三维中空夹层复合材料整体厚度尺寸不变、质量不增加的条件下通过铺层结构的匹配设计,最大限度地提高复合材料的力学性能。     

新一代三向织物及其复合材料

本文介绍国外碳纤维三向织物的发展，新一代碳纤维三向织物的制备、特点、性能及其在复合材料上的应用。     

三维正交机织复合材料弹道冲击实验及破坏模式

本文用钢芯弹对三维机织复合材料作弹道冲击测试。得到了弹体的入射速度和剩余速度,比较了常见几种材料的弹道性能评价参数的差异,并考察侵彻破坏模式和靶体最后的损伤破坏形态。在300-800m/s冲击速度范围下观测了材料的冲击破坏形态,发现机织复合材料受弹面和子弹出射面破坏形态不一样,受弹面主要是以纤维的压缩、剪切破坏以及基体开裂为主,出射面以纤维的拉伸、厚度方向的纱线断裂为主要破坏模式。通过对破坏模式和形态的分析,可以帮助建立更加准确的破坏准则,从而在设计抗弹材料时起到一定的作用。     

三维缝合复合材料微观力学模型研究进展

三维缝合复合材料由于复杂的微观结构，其力学性能与层合板的力学性能有着本质的区别。许多研究者通过理论分析模型的建立来模拟其真实的内部结构，以达到预测其力学性能的目的。本文综述了近年来提出的一些主要的微观理论分析模型，分析了其存在的优缺点，并以此指导力学工作者合理地选择计算模型，使之能对三维缝合复合材料进行较为精确的力学性能预报。     

新一代三向织物及其复合材料

本文介绍国外碳纤维三向织物的发展，包括新一代碳纤维三向织物的制备、特点、性能及其在复合材料上的应用。     

三维正交机织物的冲击拉伸响应

本文利用MTS810．23材料测试系统和自行设计的分离式Hopkinson拉杆装置对三维正交机织物（3DOr-thogonalWovenFabric,3DOWF）进行测试,得到不同应变率（1×10-5s-1～2308s-1）下该织物的冲击拉伸响应。结果发现：3DOWF是应变率敏感材料,随着应变率提高,拉伸强度和失效应变均明显提高,且高应变率下应力一应变曲线具有双阶段韧性现象。研究表明：织物特殊结构效应引起应力波反射与透射差异,从而导致3DOWF双阶段韧性现象。     

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。