三维编织和角联锁复合材料的高速冲击响应

为了探究三维纺织结构复合材料高速冲击下应变率效应和结构效应,制备了碳纤维增强三维编织和三维角联锁复合材料,采用霍普金森压杆(SHPB)系统和高速摄影系统记录了三维编织和三维角联锁复合材料在高速冲击过程中应力应变曲线和渐进损伤过程。结果表明：编织和角联锁复合材料在高速冲击下都具有一定的应变率效应,并且都呈现剪切损伤,但编织复合材料呈现明显延性损伤而角联锁复合材料呈现明显脆性损伤。由于编织复合材料内部纤维束交织紧密,损伤后仍能承受一定载荷并且结构也能保持完整性,因此相较于三维角联锁复合材料,三维编织复合材料具有更好的抗冲击性能。     

三维角联锁机织复合材料的冲击破坏有限元模拟分析

为研究层层接结三维角联锁机织复合材料的抗高速冲击性能,以指导抗冲击材料的结构设计,通过有限元分析的方法,计算此材料在具有不同入射速度弹体冲击下的动态响应。通过对比各种冲击条件下弹体的速度与时间曲线、加速度与时间曲线、材料渐进破坏扩展及最终破坏形态等的结果发现：冲击过程中,弹体的速度变化可被划分成2个阶段;弹体的加速度波动情况可直接反映复合材料靶体吸收弹体动能的动态规律;此外,经纱发生波浪状屈曲的区域是该类材料的重要结构部位,应在设计抗冲击型三维角联锁机织复合材料时进行局部强化与结构优化。     

三维机织多孔复合材料的横向冲击性能

为了解纺织结构复合材料的动态力学行为,更好地设计并应用纺织结构复合材料,对三维多重纬经角联锁织物复合材料的动、静态力学性能进行了测试。运用分离式Hopkinson压杆装置测试了不同速度（应变率）及准静态状态时材料的力学性能。结果表明：三维多重纬经角联锁织物复合材料是应变率敏感材料;随着冲击速度的不断提高,材料所能承受的载荷及吸收的能量增大;材料破坏时前面表现为压缩破坏形式,背面为拉伸破坏形式。     

三维机织增强复合材料弹道冲击边缘部分有限元分析

利用有限元软件ABAQUS建立基于三维机织增强复合材料的单胞模型,探讨子弹在三维机织增强复合材料中应力波的传播发生过程,对比分析子弹冲击后边缘部分的实验结果和模拟计算的结果,并对三维机织增强复合材料的最终破坏模式与常用的层合板进行了比较。结果表明：子弹在三维机织复合材料中的应力峰值随入射速度的增大而增大,并来回发生反射,弹头从三维机织增强复合材料下表面射出后其增强纱线的断裂较入射上表面粗糙,分层现象在三维机织增强复合材料内部没有发生,而实际观察的破坏孔洞与采用有限元软件模拟后的图形基本吻合。     

三维整体中空复合材料低速冲击性能

为深入了解三维整体中空复合材料的低速冲击性能,制作了满足要求的测试件。选取2种不同芯层高度的复合材料进行低速冲击相关实验研究。即对5 mm厚的材料进行不同级别能量的低速冲击实验;对7 mm厚的材料进行铝蒙皮前后低速冲击对比实验。借助ORIGIN软件对材料低速冲击过程中的主要参数（速度、位移、冲击载荷、吸收能量等）进行分析。 结果表明：低速冲击过程中的初始损伤能量可用来表征材料的破坏程度;铝蒙皮有利于增强材料的抗低速冲击性能。     

芳纶平纹机织/非织造混杂结构复合材料低速冲击性能的有限元分析

采用有限元分析方法,研究含芳纶平纹机织物/芳纶非织造布的6种不同预制体结构在不同低速冲击能量下的低速冲击性能,探究不同混杂结构复合材料的低速冲击响应特性,揭示材料在低速冲击条件下的失效机制。有限元分析结果表明,有限元模拟结果和试验结果吻合度较高;在低速冲击能量作用下,层间交替铺层复合材料的损伤程度和变形程度最小;树脂与纱线脱黏、纤维束部分受损,以及非织造布层损伤是复合材料主要的失效模式;芳纶平纹机织物优异的抗剪切性能可阻止损伤的扩展并提高复合材料的损伤容限。     

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。     

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     

组合式3D机织物复合材料的拉伸性能

采用正交和角联锁结构进行组合设计,并使用玻璃纤维试织了2种不同结构的组合式3D立体机织物,经与树脂复合制成增强复合材料,对其拉伸性能进行了测试。结果表明,组合式3D机织物增强复合材料具有接近正交3D机织物增强复合材料的弹性模量和抗拉强度。     

三维正交机织复合材料的冲后压缩性能

为揭示纱线张力对三维机织复合材料抗冲击及冲后压缩性能的影响规律,基于多剑杆织造工艺,配置不同接结纱张力(25、50、100 cN)织造三维正交机织物,通过真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备复合材料,并在室温下进行低速冲击及冲后压缩性能测试。结果表明：当接结纱张力为100 cN时,试样在冲击载荷下发生表层树脂大面积破裂和剥离并使纬纱失去支撑,同时,试样表层纬纱发生较大卷曲,促使压缩载荷发生屈曲失效;接结纱张力为100 cN试样的压缩性能相比接结纱张力为25 cN试样下降约50%;接结纱张力较高时易导致纬纱卷曲增大和树脂富集,并由此降低试样的弯曲刚度和冲后压缩性能。     

等离子体处理后UHMWPE纤维与LDPE复合材料的性能

为了改善超高分子量聚乙烯纤维的界面性能,对其进行介质阻挡放电氩等离子体处理以进行表面改性。将等离子处理前后的超高分子量聚乙烯纤维分别与低密度聚乙烯基体制成相同体积比的复合材料,对试样进行纵、横向拉伸性能的测试,探讨经等离子体处理前后复合材料的界面性能。测试结果表明:经氩等离子体处理后纤维的黏合性能得到了较为显著的提高。     

圆织三维管状碳纤维复合材料弹性性能预测

为给圆织复合材料的工程应用提供参考依据,建立适当的单元胞体力学模型来预测其工程弹性常数。该模型采用跑道型纤维束截面假设,基于可设计几何参数和单元胞体的组织结构,合理预测了圆织三维管状复合材料纤维体积分数和弹性常数。并采用有限元方法对该模型进行了拉伸载荷下的力学分析,合理确定了复合材料的应力分布。结果表明,采用有限元方法所得的预测值与理论计算数值具有很好的一致性,证明了细观几何模型以及弹性常数分析方法的正确性。     

超高分子量聚乙烯纤维增强中空蜂窝模压复合材料性能研究

为研制车船等壳体所用的轻质、高强复合板材,选用超高分子量聚乙烯(UHMWPE)短纤维纱,制备成单层经纬为120根/(10 cm)的平纹组织,采用多组经纱持续更替交织层的方法制成2L(1+0)型、4L(2+1)型、6L(3+2)型3种多层角联锁结构织物,采用扦插芯棒、模压成型方法制成菱形蜂窝状的热固性环氧树脂基中空板,并与2块真空吸液法制成的面板组成“三合一”复合板,同时测定了复合板材的结构特征及其平拉、平压和弯曲性能。结果表明:3种类型复合板的密度均远小于水的密度,其中6L(3+2)型最小,为0.48 g/cm³;复合板层数越多,环氧树脂越难渗透尤其是在中空板菱形交叉点处,复合板平拉、平压、抗弯曲强度则呈现递增,制成的6L(3+2)型复合板试样平压强度可达到1.03 MPa。     

锯齿形三维机织间隔复合材料的弯曲性能

为解决层合间隔复合材料易开裂和整体性差的问题,采用绿色环保的玄武岩低捻长丝作为经、纬纱,合理设计经向截面图和组织图,并在普通织机上织造3种不同间隔高度的锯齿形三维机织间隔织物。以所织得的锯齿形三维机织间隔织物作为增强材料,环氧乙烯基树脂作为基体,利用真空辅助成型工艺,制备锯齿形三维机织间隔复合材料,同时对三维机织间隔复合材料进行三点弯曲性能测试,得到弯曲载荷-位移曲线、能量吸收图和破坏模式。结果表明:复合材料的纬向是主要承力方向;组织循环个数越多的材料表现出更好的弯曲性能;在一定间隔高度范围内,间隔高度越高的锯齿形三维机织间隔织物承受的弯曲载荷和吸收的能量也越高;锯齿形三维机织间隔复合材料的破坏模式是材料上表层受压,下表层受拉,而连接层受压;在作用力下材料只是出现明显的变形,但并未出现材料整体的破坏。     

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。     

填经纱对三维角连锁结构复合材料准静态侵彻性能的影响

为研究填经纱对三维角连锁结构增强复合材料准静态侵彻性能的影响,以玻璃纤维为原料制备4种经向截面结构具有不同填经纱层数的三维角连锁结构机织物,并以真空辅助成型工艺获得复合材料,采用集中准静态压痕试验方法获得侵彻位移载荷、位移瞬时能量吸收量曲线,分析材料在准静态侵彻下的力学响应历程及特性。结果表明,在立体织物的经向增加填经纱,各组填经纱在复合材料的位移瞬时能量吸收量曲线中均对应有明显的能量吸收区,使复合材料所能承受的最大侵彻载荷和能量吸收能力增加,但复合材料的破坏位移却减少。