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。     

三维编织压电陶瓷基复合材料有效电弹性性能有限元分析

基于三维编织预制件的细观结构,建立了三维编织压电陶瓷基复合材料位移-电耦合场有限元模型,利用电弹性场体积平均思想和有限元方法研究了周期分布三维编织压电陶瓷基复合材料的有效电弹性性能。通过对代表性体积单元施加位移载荷和电载荷边界条件,预测了不同纤维体积分数下三维编织压电陶瓷基复合材料的有效弹性常数、压电常数和介电常数。计算结果表明,三维编织压电陶瓷基复合材料可显著改善压电陶瓷的整体力学性能,且保持了较好的电学性能。     

三维全五向编织复合材料的弯曲性能研究

以无碱玻璃纤维为原料,采用四步法1×1编织工艺在全自动模块组合式编织平台上制备三维五向及全五向编织物;以E51环氧树脂、70#固化剂(四氢邻苯二甲酸酐)为树脂基体,与编织物复合制备三维五向及全五向编织复合材料;利用Instron万能材料试验机对比测试上述编织复合材料的弯曲性能,研究轴纱、编织角、纤维体积分数等结构参数对材料弯曲性能的影响。结果表明,编织复合材料的弯曲性能随着编织角的增加而减少,随着轴纱、纤维体积分数的增大而增加;三维全五向编织复合材料的弯曲性能明显好于三维五向编织复合材料。     

方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的能量吸收特征

复合材料因其轻质、机械性能好及能量吸收性能高而广受关注。研究表明圆形截面复合材料管件物能量吸收性能优于方形截面的管件物,故目前复合材料管件研究对象高度集中在圆形截面,而对实用价值非常高的方形截面复合材料管件物的研究比较少见。从编织角以及编织方式方面着手,对方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的压缩特征以及能量吸收性能进行了探索性研究,分析了不同编织角的二维(2D)以及三维(3D)结构复合材料管在破坏过程中伴随的微观破坏,并讨论了其破坏机理的差异性。     

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.     

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。     

三维编织结构参数对复合材料拉伸性能的影响

通过7组实验比较和分析研究,评价了编织结构参数(如编织角,纤维体积分数,轴向纱数与编织纱数之比,三维四向/五向,厚度)对复合材料拉伸性能的影响,且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果表明,三维编织复合材料具有良好的力学性能,编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与编织纱数之比等对复合材料的性能有较大的影响;复合材料有两种破坏模式,一种是裂纹沿纤维束扩展,另一种是纤维束拉断,后者为主要破坏模式。这些结果为三维编织复合材料的设计提供了依据。     

三维五向编织复合材料工字梁弯曲性能研究

对四步法三维五向编织工字梁结构的弯曲性能进行了数值分析和实验研究。首先根据三维五向编织复合材料细观结构模型对材料进行刚度预测,讨论编织参数对材料性能的影响;在此基础上,将预测得到的单胞力学性能应用到宏观结构上,建立三维五向工字梁有限元模型,对其弯曲性能进行数值分析;最后采用RTM工艺制作工字梁试件进行四点弯曲试验,将结果与有限元计算结果进行对比。结果显示,编织参数的变化对三维五向编织复合材料的性能有着较大影响,有限元分析结果与试验结果基本一致。     

基于碳纳米传感器的复合材料内部缺陷测量及误差估计

结合三维编织复合材料制造工艺,提出了利用碳纳米线传感器对三维编织复合材料试件缺陷检测的应用方法。论述了碳纳米线传感器嵌入三维编织复合材料预制件的方式,分析了碳纳米线传感器的力学特性。分析了编织角对嵌入碳纳米线传感器的影响。系统使用传统的应变放大器测量电阻变化。最后,应用响应面法对实验结果进行统计分析。实验表明,本实验的研究方法成功地实现了三维编织复合材料内部缺陷位置和大小的估计。     

树脂传递模塑工艺成型三维编织复合材料树脂体系研究

针对三维编织物的特点,研究出了适于三维编织复合材料树脂传递模塑(RTM)成型工艺的树脂体系。该体系具有黏度低、适用期长、力学性能及耐温性好的特点,能够满足RTM工艺成型高纤维体积含量的三维编织复合材料要求。     

玻纤/环氧三维编织复合材料动态压缩性能研究

本文利用SHPB(split Hopkinson pressure bar)装置对玻璃纤维/环氧三维编织复合材料在高应变率(4000s-1,5000s-1,6000s-1)下的动态压缩性质进行测试.试验结果表明,玻纤/环氧三维编织复合材料是应变率敏感材料.     

玻纤/环氧三维编织复合材料的动态压缩性能

本文利用SHPB（the split Hopkinson pressure bar）装置对玻璃纤维／环氧三维编织复合材料在高应变率（4000s^-1，5000s^-1，6000s^-1）下的动态压缩性质进行测试，试验结果表明玻纤／环氧三维编织复合材料是应变率敏感材料。     

用数学模型法估算复合材料的防弹性能

探讨了纤维增强树脂基复合材料的防弹机理，并用数学模型法建立了复合材料防弹性能的理论估算公式。     

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。     

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。     

二步编织法制作三维整体预制件

二步编织法适于制作三维 整体预制件,织造工艺简单,复合材料轴向力学性能优良。本文介绍二步编织法的工艺基础、预制件的细观结构及其变异形式,二步法预制件的编织设备,以及各种异型件的编织方法,对应用二步编织方法,对应用二步编织法成型复合材料有一定指导意义。     

Effects of heat accelerated aging on tensile strength of three dimensional braided/epoxy resin composites

The tensile tests of three‐dimensional (3Dim) and four‐directional (4Dir) carbon fiber braided/epoxy resin composites and carbon fiber woven plain fabric laminated/epoxy composites after heat accelerated aging at 150 and 180°C for 60, 120, and 180 h were carried out respectively. The reason of the changes of tensile property of these composites after different aging period of time at different high temperature was explained. The results of two‐way ANOVA analyzing indicate that the aging time has a significant effect on tensile strength of these composites. With the increase of accelerated aging period of time at high temperature, the tensile strengths of these composite samples decreased compared with that of composite samples without aging. However the decrease of tensile strength of 3Dim and 4Dir braided composites is less than that of laminated composites. One of the reasons is after aging for a long time at high temperature, the resin is damaged and becomes brittle which make the bonding force between fiber and resin decrease. Another reason is the structure of reinforcement of composites. After aging, the structure of 3Dim and 4Dir braided/epoxy resin composites still keeps the integrity which makes the 3Dim and 4Dir composites have less tensile performance degradation (3Dim and 4 Dir: three‐dimensional and four‐directional). POLYM. COMPOS., 2012. © 2012 Society of Plastics Engineers     

碳纤维增强MC尼龙复合材料吸湿行为研究

采用液态原位聚合法制备了碳纤维(CF)增强浇铸尼龙(MC尼龙)复合材料,研究了其吸湿行为?分别考察了CF体积分数、CF编织结构和外加载荷对MC尼龙／CF复合材料吸湿行为的影响。结果表明,随着CF体积分数的增加,复合材料的平衡吸湿率减小;三维编织结构的CF增强MC尼龙复合材料的吸湿速率及平衡吸湿率均低于长的CF增强MC尼龙;外加载荷使该复合材料的吸湿能力降低。