三維六向編織復(fù)合材料力學(xué)性能及其參數(shù)反演分析.pdf

1、三維六向編織復(fù)合材料是在三維四向編織預(yù)成型體的基礎(chǔ)上，分別在縱向和橫向上添加不動(dòng)紗而形成的一種整體結(jié)構(gòu)性能良好的編織結(jié)構(gòu)，因其除了具有高比剛度、高比強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)之外，在面外性能、剪切性能、結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性等方面表現(xiàn)優(yōu)異，故在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。但研究其力學(xué)行為的文獻(xiàn)報(bào)道較少，僅有的研究主要針對(duì)的是不同編織角、不同纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)材料拉伸或連接性能的影響，這是設(shè)計(jì)階段材料選型和使用過(guò)程中工藝要求所需要的，但作為一種典型的正交各向異性和拉壓雙

2、模量復(fù)合材料，在設(shè)計(jì)和使用階段，還需重點(diǎn)考慮材料在不同工況下、不同方向上的力學(xué)性能差異，此外，針對(duì)材料剛度的預(yù)報(bào)，目前還缺乏與真實(shí)細(xì)觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)結(jié)果的結(jié)合和考慮拉壓不同性能，而且借鑒于纖維增強(qiáng)層合板相關(guān)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)材料進(jìn)行性能測(cè)試，面臨實(shí)驗(yàn)工作量大、周期長(zhǎng)、效率低、費(fèi)用高等困難，且在不同類型的實(shí)驗(yàn)之間，由于試樣形狀不一和復(fù)合材料數(shù)據(jù)的離散性，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向比較方面存在一定難度，急需發(fā)展一種一次實(shí)驗(yàn)測(cè)出多個(gè)力學(xué)性能參數(shù)的方法。因此，針對(duì)上

3、述存在的不足和困難，本文主要進(jìn)行以下三個(gè)方面的研究。
　　本文首先對(duì)小編織角、中等纖維體積含量的T300/TDE86三維六向編織復(fù)合材料進(jìn)行了不同工況下、不同方向上的力學(xué)性能試驗(yàn)，包括：縱向拉伸、三個(gè)不同方向上的壓縮和面內(nèi)剪切性能試驗(yàn)，獲得了相應(yīng)的強(qiáng)度和模量等數(shù)據(jù)，以及破壞模式與損傷機(jī)制，并詳細(xì)橫向比較了它們之間的異同及原因。其次在四步法編織工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)原始材料和燒去樹(shù)脂后的材料進(jìn)行了不同方位上不同紗線走向的觀測(cè)，確定了材料的

4、細(xì)觀結(jié)構(gòu)形式和特征參數(shù)，以及紗線之間的扭結(jié)、接觸情況，在一定假設(shè)條件的基礎(chǔ)上，考慮到材料宏觀實(shí)際尺寸，建立了厚度方向上的全尺寸幾何分析模型，采用已有文獻(xiàn)關(guān)于纖維束和基體的組分材料力學(xué)性能參數(shù)，利用剛度組裝技術(shù)對(duì)幾何分析模型進(jìn)行了不同方向上的剛度預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，除厚度方向壓縮性能和面內(nèi)剪切剛度誤差較大外，其余吻合均較好，說(shuō)明了本章剛度預(yù)報(bào)方法的準(zhǔn)確性；最后聯(lián)合使用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）和有限元對(duì)三維六向編織復(fù)合材料的開(kāi)孔