機(jī)織針織混編復(fù)合材料簡化結(jié)構(gòu)模型及沖擊拉伸有限元模擬.pdf

1、機(jī)織針織混編(Co-Woven-Knitted，以下簡稱CWK)復(fù)合材料是一種由CWK織物增強(qiáng)樹脂形成的新型三維紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。CWK織物由經(jīng)緯紗及針織紗組成，即將經(jīng)緯紗在編織過程中同時(shí)插入緯編針織物形成特殊的機(jī)織針織共存結(jié)構(gòu)，其具有機(jī)織物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與針織物的適型性。經(jīng)緯紗可以準(zhǔn)確控制復(fù)合材料的各向異性程度，提高纖維體積含量，增大織物拉伸強(qiáng)度、剛度以及能量吸收性能。本文基于CWK復(fù)合材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，著重建立簡化結(jié)構(gòu)模型研究CWK復(fù)合材

2、料沖擊抗拉伸性能與破壞機(jī)理。主要內(nèi)容包括CWK復(fù)合材料沖擊拉伸性能測試、簡化結(jié)構(gòu)模型建立、復(fù)合材料沖擊拉伸過程有限元模擬。
　　 (1)在MTS(MaterialsTestingSystem)材料測試系統(tǒng)與分離式霍普金森拉桿（HopkinsonTensionHopkinson，以下簡稱SHTB）裝置上分別進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)測試與動態(tài)沖擊拉伸試驗(yàn)。通過測試，得出材料在沖擊載荷下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，分析材料的拉伸剛度、斷裂強(qiáng)度以及破壞形態(tài)。C

3、WK復(fù)合材料在準(zhǔn)靜態(tài)拉伸條件下破壞模式為纖維斷裂和基體剪切破壞，在高速沖擊條件下為纖維抽拔失效。
　　 (2)運(yùn)用有限元軟件ABAQUS進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。由于CWK復(fù)合材料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在同一模型中呈現(xiàn)經(jīng)緯紗以及針織紗難度較大。與經(jīng)緯紗相比，針織紗幾何路徑復(fù)雜，在紗線層面建立微觀結(jié)構(gòu)比較困難;針織紗線幾何結(jié)構(gòu)不規(guī)則，有限元劃分網(wǎng)格數(shù)量較多，有限元計(jì)算時(shí)間過長且容易出錯(cuò)。為了便于有限元計(jì)算，將針織紗線簡化到樹脂中，形成簡化模型計(jì)算CWK復(fù)

4、合材料的沖擊拉伸性能，即將針織紗力學(xué)性能強(qiáng)化到樹脂中，形成針織復(fù)合材料且作為等效樹脂，并計(jì)算等效樹脂的剛度矩陣;將等效樹脂與機(jī)織紗線作為機(jī)織復(fù)合材料，結(jié)合等效樹脂和機(jī)織紗性能，模擬CWK復(fù)合材料沖擊拉伸過程。
　　 (3)比較試驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果。試驗(yàn)應(yīng)力-時(shí)間曲線與有限元計(jì)算應(yīng)力-時(shí)間曲線具有較高的吻合性;有限元破壞形態(tài)與試驗(yàn)破壞形態(tài)相似，簡化模型能很好地預(yù)測混編復(fù)合材料的沖擊拉伸性能，對設(shè)計(jì)其他混編復(fù)合材料具有一定的應(yīng)用價(jià)值。