纺织复合材料纤维预制体力学性能测试方法研究进展

纺织复合材料具有质量轻、强度高,可设计性强等诸多优势,在航空航天领域得到广泛应用.纺织预制体的纤维结构对复合材料的最终力学性能有着决定性影响.然而,预制体的纤维结构在织造过程中不可避免地会发生宏观尺寸和微细观结构的变形,甚至产生褶皱缺陷.纺织预制体作为一种柔性骨架,其变形机制十分复杂.采用试验测试来表征预制体的力学变形...     

平纹织物三维细观几何模型和织物防弹实验的有限元模拟

建立了平纹织物的三维细观几何模型,利用LS-DYNA有限元软件模拟了弹丸冲击的条件下,单层芳纶织物的响应过程。模型的几何形状参考了平纹织物的截面显微镜照片,使建立的模型更加准确,更接近平纹织物真实的结构。纱线模型选用正交各向异性材料,材料参数和失效条件均参考真实的Kevlar织物,并考虑纱线和纱线之间以及纱线和弹丸之间的摩擦。模拟中,通过设定弹丸的撞击速率Vs,得到剩余速率Vr,并由此计算单层织物的弹道极限速率V50。结果表明:织物的变形过程和失效形式在模拟中得到细致的显现,模拟所得结果V50和织物的失效形式与实验结果的一致程度较好。     

三维编织物的缝合连接技术研究

缝合连接三维编织技术有效地解决了制作复杂形状异型件时存在的局限性。它把三维编织工艺和缝合工艺结合起来,从而满足了工程设计和整体性的要求。本文主要探讨了缝合连接形式、缝合连接工艺参数以及它们对缝合连接强度的影响,并且对缝合连接的基本破坏模式进行了分析。本文为缝合连接三维编织复合材料的结构设计、工程应用和力学性能研究提供了基础依据,同时提出了当前研究中应解决的问题以及缝合连接三维编织复合材料的主要研究方向。     

三维纺织物的纺织与固化工艺研究

三维编织复合材料具有优良的力学性能，已引起了广泛的关注。本文主要介绍了三维编织复合材料预制件的编织、固化工艺以及三维编织复合材料的优良性能。     

纤维增强树脂基复合材料防弹性能影响因素及破坏机制

以超高分子量聚乙烯(Ultra High Molecular Weight Polyethylene,UHMWPE)纤维、S-玻璃纤维、芳纶1414纤维和杂环芳纶纤维增强聚烯烃(Polyolefin,PO)和水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane,WPU)树脂,采用热压工艺制备正交单向无纬(UD)结构复合材料装甲板;通过装甲板弹道极限速度测试,研究了纤维增强树脂基复合材料装甲板防弹性能的影响因素;通过体视显微镜观察装甲板侵彻破坏形貌,分析了纤维增强树脂基复合材料的破坏机制。结果表明:UHMWPE纤维增强PO树脂基复合材料的防弹性能与UHMWPE纤维的强度和模量呈正相关,但纤维模量对复合材料防弹性能的影响随着纤维模量的增大而逐渐变弱;在WPU树脂体系下,四种纤维的防弹性能由高到低依次是UHMWPE纤维、杂环芳纶纤维、芳纶1414纤维、S-玻璃纤维;纤维增强树脂基复合材料装甲板中纤维破坏方式有迎弹面纤维被剪切冲塞、中部被纤维拉伸变形后剪切、背弹面纤维被拉伸断裂,中部纤维拉伸变形是消耗子弹动能的主要方式。     

含孔三维编织复合材料制件应变场的研究

采用云纹干涉法和数字散斑相关法对编孔和钻孔的三维编织复合材料制件进行孔边纵向应变场的测试.结果证实,编孔复合材料制件更适合于作为含孔结构的复合材料连接件.     

缝合连接三维编织复合材料拉伸性能试验研究

研究了多种缝合方向、 搭接长度和缝合密度对缝合连接三维编织复合材料拉伸性能的影响 , 并与三维整体编织复合材料的拉伸性能进行对比。结果表明: 缝合连接三维编织复合材料与三维整体编织复合材料相比 ,拉伸强度下降了 25 %～50 % , 初始模量下降了 35 %～55 %; 搭接长度对拉伸强度和模量的影响较大 , 拉伸性能随搭接长度的增加呈现先增大后减小的特征 , 当搭接长度与试件宽度的比值在 2. 5 左右时 , 试件的拉伸性能较好 ,与未缝合的三维整体编织试件相比 , 仅下降了 25 %; 相对而言 , 中密度缝合试件的拉伸性能最优 ; 缝合方向对试件拉伸性能的影响不明显。      

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%。     

三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料在两种测量方法下的热响应机制对比

采用瞬态热线法和闪光法分别测量了多种结构参数的三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料的导热系数。通过对3D正交机织碳纤维/环氧树脂复合材料的有限元模拟可以看出,3D正交机织碳纤维/环氧树脂复合材料内经纱、纬纱和Z向纱的导热作用在不同的受热形式下会发生变化。采用瞬态热线法测量时,2.5D机织碳纤维/环氧树脂复合材料的导热系数低于2.5D经向增强结构,同时高于3D正交结构,而采用闪光法测量时,2.5D经向增强和3D正交碳纤维/环氧树脂复合材料的导热系数均小于2.5D机织结构。这是由于在使用不同的测量方法时,三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料内部相同的纱线系统在导热过程中所起的作用并不相同。随着纤维体积含量的提高,瞬态热线法和闪光法测得的2.5D机织碳纤维/环氧树脂复合材料的导热系数都在不断提高。由于经纱的屈曲,采用闪光法测量时,导热性能提升更加明显。研究结果表明,三维机织碳纤维/环氧树脂复合材料在不同受热形式下具有不同的热响应机制。     

不平衡2.5D碳纤维机织预制体偏轴拉伸性能

通过偏轴拉伸实验研究了因纱线细度变化而引起的不平衡2.5D碳纤维机织预制体（2.5D CFWPs）的面内剪切变形性能，实验材料包括4组不平衡2.5D CFWPs试样和1组平衡2.5D CFWPs试样。观察了不平衡2.5D CFWPs试样的典型宏观变形形貌和细观结构变化；对比了不平衡试样和平衡试样的剪切角和拉伸载荷变化；通过归一化处理，详细分析了纱线细度对预制体面内剪切变形的影响。结果表明:不平衡2.5D CFWPs试样典型变形形貌呈左右不对称形态，且纱线呈“S”型或“Z”型抽拔；经纬纱细度组合为792 tex×396 tex （表示经纱细度为792 tex，纬纱细度为396 tex）和396 tex×792 tex的不平衡2.5D CFWPs试样的偏轴拉伸性能基本相同，另两组不平衡试样（经纬纱细度组合为198 tex×792 tex和792 tex×198 tex）的偏轴拉伸性能也基本相同；平衡试样的拉伸载荷明显大于不平衡试样，在达到剪切锁紧后，平衡试样载荷快速上升，不平衡试样载荷上升缓慢；对拉伸载荷归一化处理后，剪切角小于20.81°时，5组2.5D CFWPs试样剪切力基本相同，在20.81°~30.02°时，4组不平衡试样剪切力基本相同。