發(fā)布時間：2021-03-19 16:15

　　三維機織復合材料具有結構可設計性強、復雜構件整體近凈成型、沖擊損傷容限高等優(yōu)點,成為航空航天領域新材料研制關注的重點。近年來,三維機織復合材料的結構設計、細觀建模、性能分析等得到了快速的發(fā)展,并取得了實質性成果。多軸向機織結構的開發(fā),精細化建模研究,自動化連續(xù)生產是三維機織復合材料的發(fā)展趨勢。本文介紹了典型的三維機織預制體的結構特點,對比分析了不同預制體結構的三維機織復合材料的準靜態(tài)力學性能,回顧了三維機織復合材料的細觀結構建模、理論分析和數(shù)值模擬等方面的研究進展,列舉了三維機織復合材料在航空航天領域的典型應用,為三維機織復合材料應用研究提供參考。 

【文章來源】：材料工程. 2020,48(08)北大核心

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

三維機織復合材料剪切失效形式[15,25](a)和應變分布(b)

理想幾何實體模型是建立在恒定的紗線橫截面形狀假設基礎上獲得的織物細觀結構理想模型,如圖6所示。紗線的橫截面形狀假設為橢圓形、矩形、跑道形等,且不受紗線相互擠壓、壓實等影響,截面形狀保持不變。該模型紗線間空隙較大,僅適合于低纖維體積含量的織物預制體的建模。當纖維體積含量較高時,結構內部紗線產生擠壓,由于該模型忽略了紗線擠壓變形,就會出現(xiàn)相鄰紗線相互嵌套交叉現(xiàn)象,無法滿足性能分析需要。Isart等[26-27]提出了一種新的解析幾何模型,考慮了紗線壓實和屈曲對正交三向機織復合材料中襯經紗和接結經紗的截面和分布的影響。該模型采用正弦函數(shù)表示由于接結經紗擠壓作用造成的緯紗和襯經紗在長度方向上的彎曲形態(tài),并通過特定截面的顯微圖像,結合結構參數(shù)和幾何測量,獲得預制件內部各紗線的幾何形狀,如圖7所示。該模型描述三維機織復合材料內部紗線的準真實幾何形態(tài),與有限元分析相結合預測復合材料的彈性性能,獲得了較好的效果。

Isart等[26-27]提出了一種新的解析幾何模型,考慮了紗線壓實和屈曲對正交三向機織復合材料中襯經紗和接結經紗的截面和分布的影響。該模型采用正弦函數(shù)表示由于接結經紗擠壓作用造成的緯紗和襯經紗在長度方向上的彎曲形態(tài),并通過特定截面的顯微圖像,結合結構參數(shù)和幾何測量,獲得預制件內部各紗線的幾何形狀,如圖7所示。該模型描述三維機織復合材料內部紗線的準真實幾何形態(tài),與有限元分析相結合預測復合材料的彈性性能,獲得了較好的效果。將纖維假設為由一維微小的首尾連續(xù)的桿單元或梁單元組成的虛擬纖維,若干根虛擬纖維組成虛擬紗線,虛擬紗線按交織規(guī)律組成松散的三維機織結構,通過施加紗線張力模擬預制體的成型過程,松散的三維機織結構變形得到接近真實織物結構的數(shù)字單元模型,如圖8所示[27]。當采用梁單元建模時,由于虛擬纖維的截面比真實纖維的截面大得多,獲得的虛擬紗線有過高的抗彎剛度,因此采用彈塑性材料模型或自定義梁單元來降低紗線的彎曲剛度[28-29]。Wang等[30-32]提出采用銷釘連接的桿單元柔性鏈對纖維進行建模,當桿單元長度接近于零時,虛擬纖維接近完全柔性。Green等[29]采用梁單元建立了正交三向織物預制體的數(shù)字單元模型,模擬了織物的壓實過程,通過與微型計算機斷層掃描(Micro-CT)重構的織物壓實形態(tài)對比,模擬結果與實驗觀測具有較好的一致性,如圖9所示。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]三維紡織增強材料及其在航空航天領域的應用[J]. 陳利,趙世博,王心淼.  紡織導報. 2018(S1)
[2]z向紗對三維正交復合材料層間剪切性能影響[J]. 孫緋,陳利,孫穎,張倩倩,張典堂,黃健.  固體火箭技術. 2015(01)
[3]多層多向織物復合材料力學性能分析[J]. 張一帆,馬明,陳利.  宇航材料工藝. 2013(02)
[4]2.5維機織復合材料經向拉伸彈性模量預測與試驗驗證[J]. 朱永新,崔海濤,溫衛(wèi)東.  復合材料學報. 2013(03)
[5]UHMWPE/乙烯基酯2.5D角聯(lián)鎖機織復合材料動態(tài)壓縮性能實驗研究[J]. 孫穎,王國軍,張典堂,陳利,張明.  材料工程. 2011(04)
[6]三維機織復合材料的織造技術[J]. 戎琦.  纖維復合材料. 2007(01)

博士論文
[1]三維機織復合材料損傷演化與失效行為研究[D]. 仲蘇洋.哈爾濱工業(yè)大學 2015



本文編號：3089852