多軸向經(jīng)編復(fù)合材料(MWKC),是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的重要類(lèi)型之一,近年來(lái)受到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。其增強(qiáng)結(jié)構(gòu)——多軸向經(jīng)編織物(MWK)是典型的無(wú)屈曲結(jié)構(gòu),紗層軸向?qū)ΨQ(chēng),取向性強(qiáng),可設(shè)計(jì)性強(qiáng)。由于其紗層無(wú)交結(jié),因此,與傳統(tǒng)機(jī)織或編織復(fù)合材料相比,極大程度地避免了紗線交結(jié)部位的樹(shù)脂聚集區(qū)的出現(xiàn),同時(shí),MWK具有良好的樹(shù)脂導(dǎo)流性和浸潤(rùn)性,成型性能優(yōu)異,可制備超薄、超厚的平面或曲面復(fù)合材料。在多軸向經(jīng)編復(fù)合材料的實(shí)際生產(chǎn)、裝配、運(yùn)輸、使用和維修過(guò)程中,通常會(huì)不可避免地遇到例如工具掉落、碎石飛濺、接觸撞擊等低速?zèng)_擊事件。而且,該材料在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域里多以曲面部件的形式存在。因此,研究多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料在低速率沖擊作用下的損傷機(jī)理具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義,同時(shí)也是本課題的研究重點(diǎn)。課題通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,采用準(zhǔn)靜態(tài)沖擊性能和低速?zèng)_擊性能協(xié)同研究的方式,揭示多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料的低速?zèng)_擊損傷機(jī)理。從增強(qiáng)結(jié)構(gòu)性能、復(fù)合材料性能和應(yīng)用驗(yàn)證實(shí)例等多個(gè)方面對(duì)多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料的低速?zèng)_擊性能進(jìn)行全面而深入的探究。(1)本課題對(duì)多軸向經(jīng)編增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的拉伸和撕裂性能進(jìn)行測(cè)試,并分析捆綁紗和軸向紗兩個(gè)紗線系統(tǒng)在受力之后出現(xiàn)的位移和損傷。研究表明,MWK主要的失效形式表現(xiàn)為:捆綁紗斷裂、絲束斷裂、紗層或絲束位移。由于捆綁紗的編織方向與0o紗層一致,在其斷裂之前,通常與0o軸向紗層共同承載應(yīng)力,但因其紗線強(qiáng)度低于軸向絲束,導(dǎo)致捆綁紗通常先于軸向絲束斷裂,失去對(duì)軸向紗的約束,為絲束的位移制造條件。在拉伸和撕裂測(cè)試中,紗層中的絲束通過(guò)位移改變各軸向間的夾角,以實(shí)現(xiàn)其力學(xué)貢獻(xiàn)。對(duì)于多軸向經(jīng)編增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的研究,為后續(xù)的多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料的低速?zèng)_擊損傷機(jī)理分析奠定了一定的基礎(chǔ)。(2)采用準(zhǔn)靜態(tài)沖擊和低速?zèng)_擊相結(jié)合的研究方式,對(duì)不同曲率和不同鋪層結(jié)構(gòu)的多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料的破壞形式和損傷演化進(jìn)行研究。通過(guò)總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)該材料的主要損傷形式包括:基體開(kāi)裂、紗線斷裂、纖維抽拔、層間分層和絲束脫粘等。同時(shí),把“階段分析法”引入到多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料的低速?zèng)_擊性能分析中,將損傷過(guò)程分為三個(gè)主要階段,探討材料的損傷形式和損傷演化過(guò)程,分析曲率與材料強(qiáng)度、材料剛度等重要性能之間的關(guān)系,并揭示鋪層結(jié)構(gòu)與材料內(nèi)部應(yīng)力傳播、破壞形式和能量吸收之間的聯(lián)系。此外,還針對(duì)多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料的準(zhǔn)靜態(tài)和低速?zèng)_擊過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬,通過(guò)分析,討論該類(lèi)材料在受到準(zhǔn)靜態(tài)和低速?zèng)_擊時(shí)的應(yīng)力分布和能量吸收性能,通過(guò)實(shí)驗(yàn)與模擬相結(jié)合,對(duì)該材料進(jìn)行力學(xué)性能評(píng)價(jià),為該類(lèi)材料的應(yīng)用提供理論依據(jù)。(3)將本研究中的Curvature C(kC)曲率應(yīng)用在乘用車(chē)車(chē)門(mén)的沖擊區(qū)域設(shè)計(jì)中,進(jìn)行幾何建模,并將多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料的材料屬性定義于車(chē)門(mén)模型上,對(duì)車(chē)門(mén)的低速碰撞進(jìn)行有限元模擬,另外,將傳統(tǒng)SAPH440鋼車(chē)門(mén)的低速碰撞性能作為對(duì)比項(xiàng),分析多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料車(chē)門(mén)的優(yōu)勢(shì),從應(yīng)力分布、車(chē)門(mén)侵入量、侵入速度和車(chē)門(mén)內(nèi)能等多個(gè)角度分析兩種車(chē)門(mén)的性能,并從保護(hù)車(chē)內(nèi)成員安全和節(jié)能環(huán)保等方面進(jìn)行對(duì)比,揭示多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料在車(chē)門(mén)殼體應(yīng)用中的特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì),對(duì)多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料低速?zèng)_擊性能的研究進(jìn)行有效的模擬驗(yàn)證。通過(guò)對(duì)多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料低速?zèng)_擊性能進(jìn)行系統(tǒng)且全面的測(cè)試、模擬和分析和驗(yàn)證,為該材料應(yīng)用領(lǐng)域的拓展和細(xì)化奠定了良好的理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類(lèi)】：TB332
【部分圖文】：

兩個(gè)紗線系統(tǒng)組成。其絲束沿經(jīng)向（0o），斜排列，形成不同取向的紗層，這樣的鋪紗方[81]，可使紗線的性能發(fā)揮達(dá)到 90 %[82]。同固，有效防止絲束滑移[83, 84, 85]，并增強(qiáng)了織等性能研究，是評(píng)價(jià)該織物力學(xué)性能的重要方向的拉伸和剪切作用下，應(yīng)力的傳播路徑綁紗在此過(guò)程中的變形、位移和損傷規(guī)律，多軸向經(jīng)編復(fù)合材料（MWKC）的研究奠定2.2 多軸向經(jīng)編織物（MWK）結(jié)構(gòu)本課題采用的多軸向經(jīng)編織物在江蘇Multiaxial-2-CH 多軸向經(jīng)編機(jī)織造而成，原參數(shù)見(jiàn)表 2-1，其鋪層方向?yàn)閇0o/+45o/90o/-4分別顯示了 MWK 織物的實(shí)物圖和結(jié)構(gòu)示意

有效拉伸區(qū)域在 150 mm 25 mm 范圍內(nèi)。拉測(cè)試機(jī)上進(jìn)行。250 mm150 mm圖 2-3 拉伸測(cè)試樣片規(guī)格示意圖Figure 2-3 Sketch map of experimental specimen for tensio Keyence 高速攝像機(jī)記錄，并從錄像中按照時(shí)間程中的變形情況。拉伸速度為 50 mm/min。樣片端在上夾頭的固定下以定速向上移動(dòng)拉伸。為全面中，沿經(jīng)向（0o）、緯向（90o）和斜向（45o）三示。

江南大學(xué)博士學(xué)位論文編曲面復(fù)合材料。.3 多軸向經(jīng)編曲面復(fù)合材料準(zhǔn)靜態(tài)沖擊實(shí)驗(yàn)研究.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)沖擊測(cè)試準(zhǔn)靜態(tài)沖擊測(cè)試參考 ASTM D6264-98 標(biāo)準(zhǔn)，在 SHIMADZU AG-250kNE 萬(wàn)能試驗(yàn)上完成（見(jiàn)圖 3-3）。試樣尺寸為 75 mm×75 mm；在試樣兩側(cè)由鋼片通過(guò)四顆螺栓固于放置于長(zhǎng)度、寬度、厚度分別為 200 mm、38 mm、和 3 mm 的托板上，托板中央預(yù)直徑為 30 mm 的孔；沖頭為半球形，直徑 12.7 mm；沖頭從曲面最高點(diǎn)沿與托板垂直方向向下沖擊，沖擊速度為 0.508 mm/s。實(shí)驗(yàn)樣品設(shè)計(jì)三種曲率、兩種鋪層結(jié)構(gòu)共六規(guī)格的材料，為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性，每個(gè)規(guī)格分別測(cè)試 10 個(gè)樣品，試樣基本參見(jiàn)表 3-2（材料厚度按照平均值取值），實(shí)驗(yàn)試樣的完整參數(shù)見(jiàn)附表 1-6。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2817035