三维机织复合材料的结构与材料力学性能的关系

介绍了开发三维机织增强复合材料的目的，主要阐述了复合材料的预型件结构及其与力学性能(纵向拉伸弹性模量)之间的关系。     

三维机织复合材料的结构与材料力学性能的关系

介绍了开发三维机织增强复合材料的目的 ,主要阐述了复合材料的预型件结构及其与力学性能 (纵向拉伸弹性模量 )之间的关系     

开孔三维机织复合材料的拉伸性能

为研究开孔尺寸对三维机织复合材料拉伸力学行为、破坏模式以及失效机制的影响规律,设计了3种不同孔径的三维机织复合材料试样,利用非接触全场应变测试系统和显微图像技术进行表征。结果表明:6、10、14 mm 的孔径对三维机织复合材料的拉伸模量几乎没有影响,开孔后全截面拉伸强度分别下降35.6％、44.5％和51.8％,但开孔后的净截面拉伸强度基本相同,与未开孔试样相比,平均拉伸强度下降约22.4％;未开孔试样的全场应变呈现均匀分布,而开孔试样在孔左右两侧呈现出应变集中;开孔试样的断口形貌相似,主要表现为经纱的断裂,并伴随有部分纱线的抽拔以及层间开裂。     

2.5D芳纶机织复合材料的拉伸性能研究

2.5D机织复合材料凭借其特有的优点和相对成熟的技术受到各领域的关注。然而,这种材料现有的力学性能数据较少,且集中在耐高温和耐烧蚀材料上,影响了其可靠性的评估。对4种结构的2.5D芳纶机织复合材料进行经向和纬向拉伸性能研究,分析结构和拉伸性能的关系。试验结果表明:伸直状态的衬经纱对经向拉伸性能具有较大的贡献;伸直状态的衬纬纱对纬向拉伸性能具有较大的贡献;纬密增加会增大接结经纱的弯曲程度,从而降低经向拉伸性能。     

异制件用三维编织复合材料的拉伸性能

通过对具有不同减纱结构参数的三维编织复合材料试件做纵向拉伸实验,分析了该类材料的拉伸性能随编织工艺参数的变化规律以及材料的失效形式。结果表明,纤维体积含量相同时,减纱使复合材料的强度有所降低,初始模量变化不大;减纱点缺陷对复合材料拉伸性能影响较小,试件断裂断面位置具有随机性;如出现一段纱线空缺对性能影响较大,试件大都在减纱截面断裂;如必须减纱才能完成制件的外形尺寸,应使减纱点在整个制件内均匀分布,每个截面的减纱数量不超过总数的10%。     

三维机织热塑复合材料空隙率的测定及研究

对三维机织热塑复合材料的空隙率进行了测定。通过对试制材料空隙率的测试和分析，探讨了影响空隙率大小的因素及其与材料拉伸力学性能之间的关系。结果表明：三维机织热塑复合材料织物结构中接结经的取向角、材料中织物的预拉伸工艺及复合材料复合成型时的成型压力都对材料的空隙率有一定的影响，同时，空隙率也影响到了材料的力学性能。     

多层多向机织复合材料细观结构建模及其性能

为分析多层多向机织复合材料的细观结构,基于多层多向机织工艺及不同于传统机织结构的纱线空间运动规律,推导了工艺参数与结构参数之间的关系,建立了细观结构分析模型;为研究多层多向机织复合材料的拉伸性能和失效机制,采用多层多向机织工艺、树脂传递模塑复合工艺,以碳纤维和环氧树脂为原材料制备了2种不同结构的多层多向机织复合材料,采用万能试验机和非接触全场应变仪对材料进行了0°和90°方向的准静态拉伸性能测试,并与正交三向机织复合材料进行了对比分析。结果表明:斜向纱的存在对多层多向机织复合材料的拉伸破坏模式和断口形貌有较大影响,斜向纱一定程度上阻碍了裂纹和应变沿承载方向扩展,0°方向拉伸试样断口处经纱层内经纱全部断裂,90°方向拉伸试样断口处纬纱层内纬纱全部断裂,2个方向的拉伸试样斜向纱层中均存在部分斜向纱纤维未断裂,拉伸试样非完全断裂。     

三维机织复合材料的发展

本文由纺织复合材料的概念出发，对目前逐渐取代二维织物用做纺织复合增强材料中的三维机织物的研究进行了详细的论述，包括三维机织复合材料的特点、技术和细观结构。     

玄武岩纤维机织针织复合结构增强复合材料的拉伸性能

根据新型机织针织复合织物的结构特点,分别选用不同线密度的高强高模玄武岩纤维作为经纱、纬纱和针织纱编织织物,以其作为增强体,采用VARTM工艺制作玄武岩纤维/乙烯复合材料.为提供这种新型织物增强复合材料的应用依据,测试了复合材料的横向、纵向和斜向拉伸性能,并对各个方向的拉伸应力与应变特征曲线及其拉伸断裂形态进行分析,对比...     

玻璃纤维多轴向经编复合材料的制备及拉伸性能研究

以环氧树脂为基体,分别以玻璃纤维多轴向经编针织物和玻璃纤维机织物作为增强材料,通过手糊法制备复合材料,并通过试验对比研究两种复合材料的拉伸性能。结果表明,经编复合材料沿各个轴向的拉伸强度比复合前多轴向经编针织物及机织复合材料的强度均有明显提高,增幅均在50%以上,说明多轴向经编复合材料具有更优异的力学性能。这为进一步扩大玻璃纤维多轴向经编复合材料的应用领域提供了有力证据。     

T字型三维机织物设计及其复合材料弯曲性能

为探究不同梁高的T 字型三维整体机织复合材料的弯曲力学性质,经合理设计,使用玄武岩长丝束在普通小样织机上,低成本织造3 种不同梁高的T 字型三维整体机织物,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺,制备Ｔ 字型三维整体机织复合材料。用电子万能试验机测试,得到相应的载荷位移曲线和吸收能量位移曲线。由实验结果可知,梁越高的T 型三维整体机织复合材料所承受的载荷和吸收的能量也越高,且不同梁高的T 型三维整体机织复合材料也表现出不同的弯曲破坏模式。该研究结果表明,梁高对T 字型三维整体机织复合材料的弯曲载荷、吸能和破坏模式影响显著。     

Warp and weft directional tensile properties of multistitched biaxial woven E-glass/polyester composites

The objective of this research work was to understand the warp and weft directional tensile properties of the two-dimensional multistitched multilayer E-glass/polyester woven composites. The warp and weft directional specific tensile strength and modulus of unstitched structure were higher than those of multistitched structures as stitching caused minor warp and weft yarn filament breakages. Contrarily, the specific tensile strains of unstitched structure were slightly lower than those of all multistitched structures. The stitching yarn type, the number of stitching directions, and the stitching density generally influenced the warp and weft directional tensile properties of multistitched E-glass/polyester woven composites. The failure of warp and weft directional multistitched woven E-glass/polyester composite structures was matrix breakages, and partial and complete yarn breakages in their surfaces. They had a local delamination in their cross-sections and the delamination did not propagate to the large areas due to multidirectional stitching. Also, the failure was confined at a narrow area and resulted in the catastrophic fiber breakages. The warp and weft directional specific damaged areas of multistitched structures, in particular four-directional stitching, were significantly lower than those of the unstitched structures. This indicated that the multistitching made the structures better damage-tolerance materials.     

广角机织物的织造工艺及其偏轴拉伸力学性能

为开发适用于不同应用领域的产业用纺织品,在对原有普通剑杆织机改进的基础上,探讨了广角机织物的织造工艺,织造了经纱和纬纱夹角为120°的涤/棉平纹广角机织物。借助万能材料试验机研究了普通涤/棉正交织物和广角机织物不同偏轴方向的拉伸力学性能,获得了其应力-应变曲线和特征值变化规律,并分析了其变形及失效模式。结果表明:对于普通正交机织物和广角机织物,其拉伸断裂强力均呈现出明显的极轴特性;在断裂强力相同的情况下,与普通正交机织物相比,广角机织物纬向的断裂伸长率提高了30%,经、纬向弹性模量分别提高了42%和79%,展现出优异的强度和变形特征。     

基于数字单元法的三维正交织物微观几何结构建模

为了反映织物内部纱线的空间构型和微观几何结构,针对在织物建模过程中,因忽略纤维间的相互作用而引起的纱线截面形状变化的问题,基于数字单元法理论,提出了一种计算纤维间摩擦力的方法。通过纱线纤维化离散,用数值模拟和仿真方法模拟三维正交织物成型过程,建立了5种精度递进的微观几何结构数值模型。5种模型中的每根纱线分别由4、7、12、19和37根数字纤维表征。研究结果表明:随着纱线纤维化离散程度的提高,仿真时间延长,织物厚度减小,纤维体积分数增大,节点平均作用力下降速度变缓,势能变小;当每根纱线由19根数字纤维组成时,所建织物的微观几何结构数值模型与真实织物样本在显微镜下的内部切片图像较为吻合。     

不同结构厚截面三维机织碳纤维复合材料的弯曲性能对比

为准确分析不同结构厚截面复合材料不同方向上的弯曲性能差异,通过设计织造三向正交、浅交直联、浅交弯联3种典型机织结构的厚截面碳纤维三维机织物,并采用真空辅助树脂成型工艺制备了近似纤维体积含量的碳纤维复合材料板,对其进行了XYZ方向的弯曲实验。结果表明:三向正交结构由于内部纤维束近似平直,碳纤维束自身性能得到最大利用,对应复合材料经向弯曲强度最好;浅交直联结构复合材料的Z经和Z纬弯曲强度累加值最大,其厚度截面上的综合弯曲性能最好,且其他各方向的弯曲强度较为均衡;浅交弯联结构内部纱线交织摩擦损伤严重,且经纱屈曲程度最大,对应复合材料经纬向弯曲性能均为最差。     

五轴向立体机织物的单元体结构分析

分析了斜向纱的排列方式对五轴向立体机织物的结构和Z向纱密度的影响,获得了2种类型的五轴向立体机织物结构:一种结构稀疏,Z向纱密度小;另一种结构紧密,Z向纱密度大。以紧密结构的五轴向立体织物为研究对象,建立了该织物的单元体结构模型,采用解析几何方法,计算了Z向纱的截面形状,根据Wβ/WX、Wβ/WY与cosβ、sinβ的关系,Z向纱的截面形状可呈八边形、六边形和四边形等不同形状。     

三维全五向编织复合材料的压缩性能

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;并利用Instron万能材料试验机对比测试上述编织复合材料的压缩性能,研究轴纱、编织角、纤维体积分数等结构参数对材料压缩性能的影响。结果表明,编织复合材料的压缩性能随着编织角的增大而降低,随着轴纱、纤维体积分数的增大而提高;三维全五向编织复合材料的压缩性能明显好于三维五向编织复合材料。