三維角聯(lián)鎖機織復合材料三點彎曲疲勞性能與結構效應.pdf

1、層層接結三維角聯(lián)鎖機織物結構由經(jīng)、緯兩種系統(tǒng)的紗線構成。其中,緯紗平行排列無屈曲,經(jīng)紗以一定角度沿著結構的厚度方向襯入,且每一層中,相鄰兩根經(jīng)紗的屈曲波動狀態(tài)相反,以此形成對材料厚度方向上任意兩相鄰緯紗層強有力的束縛作用,從而維持織物整體結構的穩(wěn)定性。以此織物結構作為增強相形成的樹脂基復合材料即三維角聯(lián)鎖機織復合材料,在厚度以及面內方向具有高強、高模、高層間剪切強度以及大面積區(qū)域承受加載、吸收能量等諸多優(yōu)勢,在結構工程材料領域有巨大的應

2、用潛力。鑒于復合材料在長期服役期,尤其在飛行器、車輛等工程結構件設計應用中的抗疲勞性能甚為關鍵,研究三維角聯(lián)鎖機織復合材料在交變循環(huán)應力加載下的疲勞性能具有重要意義。本文結合實驗分析與有限元計算的方法,研究一種層層接結三維角聯(lián)鎖機織復合材料在三點彎曲交變循環(huán)載荷下的疲勞性能、結構效應以及破壞機理。通過實驗分析方法,獲取以下結果:(1)三維角聯(lián)鎖機織復合材料的疲勞壽命(S-N)曲線,探索材料抗疲勞能力與應力水平(60％-80%)之間的關系

3、;(2)材料在交變循環(huán)應力加載過程中的應力-撓度曲線、剛度變化曲線、撓度變化曲線等,以此表征與分析材料的“三步驟式”漸進疲勞破壞過程;(3)準靜態(tài)與交變循環(huán)應力加載條件下,材料破壞形態(tài)的比較,說明裂紋的萌生與擴展在材料疲勞破壞過程中的作用;(4)相同準靜態(tài)與交變循環(huán)應力加載條件下,三維角聯(lián)鎖機織復合材料與三維正交機織復合材料力學性能與破壞形態(tài)的比較,闡述三維角聯(lián)鎖機織結構抵抗交變循環(huán)載荷的結構特征與優(yōu)勢。利用有限元分析方法,結合經(jīng)典疲勞

4、破壞準則,(1)建立三維角聯(lián)鎖機織復合材料在三點彎曲交變循環(huán)載荷下的細觀結構單胞模型;(2)計算此結構復合材料在交變循環(huán)載荷下的動態(tài)力學響應;(3)通過應力在材料結構中的分布、紗線與樹脂的破壞、紗線-樹脂界面裂紋(脫粘)的萌生與擴展以及結構破壞的關鍵區(qū)域等方面闡述材料在三點彎曲交變循環(huán)載荷下發(fā)生疲勞破壞的結構效應與破壞機理。本文研究為三維角聯(lián)鎖機織復合材料在三點彎曲交變循環(huán)應力加載條件下的抗疲勞結構設計提供一種有效的方法,可以擴展應用于