三維機織整體中空復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、三維機織整體中空復(fù)合材料是一種新型夾芯結(jié)構(gòu)材料，國外稱之為三明治結(jié)構(gòu)。該材料主要由100％的E-Glass纖維織造而成，其三明治結(jié)構(gòu)通過Z向纖維整體連接織物的上、下2個層面，其典型空間特征是芯部沿經(jīng)向呈現(xiàn)出“8”字形，沿緯向呈現(xiàn)出“Ⅰ”字形。三維機織整體中空復(fù)合材料具有優(yōu)異的整體性能，克服了傳統(tǒng)蜂窩、泡沫等夾芯復(fù)合材料易分層、耐沖擊性能差的缺點，目前已廣泛應(yīng)用于大面積船身、機翼、油罐的夾層、各種地板、隔墻等。
　　 迄今為止對三

2、維機織整體中空復(fù)合材料的研究主要集中在基本力學(xué)性能、低速沖擊等實驗研究上，而對整體中空織物的制備、結(jié)構(gòu)參數(shù)對材料力學(xué)性能與低速沖擊的影響、低速沖擊后材料剩余強度，以及材料的結(jié)構(gòu)理論等方面研究甚少。本課題在成功制備三維機織整體中空復(fù)合材料的基礎(chǔ)上，對材料的力學(xué)性能、低速沖擊性能、結(jié)構(gòu)理論研究等方面作了較為詳細(xì)的研究。論文主要工作包括：
　　 (1)三維機織整體中空復(fù)合材料的制備。第一步，設(shè)計不同類型的整體中空織物，包括“8”字形、

3、“88”字形、2.5維整體中空織物等。第二步，整體中空織物的織造，包括工藝調(diào)整、織造生產(chǎn)等。第三步，樹脂基體的制備。選取樹脂（環(huán)氧618）、固化劑（聚酰胺651）、稀釋劑(環(huán)氧丙烷丁基醚660)等組成樹脂基體，配比為100：50:30。第四步，整體中空織物的復(fù)合成型。采用手糊成型、真空輔助成型等方式制備三維機織整體中空復(fù)合材料。
　　 (2)三維機織整體中空復(fù)合材料的力學(xué)性能研究。研究整體中空復(fù)合材料在平壓、側(cè)拉、側(cè)壓、剪切、彎

4、曲等載荷作用下的力學(xué)特性，重點分析芯材高度、芯材密度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：三維機織整體中空復(fù)合材料的平壓、剪切等性能隨著芯材高度的增加而減小；側(cè)拉、側(cè)壓、彎曲等性能隨著芯材高度的增加而增加；整體中空復(fù)合材料的平壓、側(cè)拉、側(cè)壓、剪切、彎曲等性能隨著芯材密度的增加而增加。
　　 (3)三維機織整體中空復(fù)合材料的低速沖擊性能研究。第一步，選取芯材高度為5mm的材料，分別進行1～10J能量的低速沖擊，研究材料的低速沖

5、擊特性；第二步，選取芯材高度分別為5、6、7mm的材料，進行8J能量的低速沖擊，研究芯材高度對低速沖擊性能的影響；第三步，選取芯材高度為7mm、鋁蒙皮厚度為0.3mm的材料，進行8J能量的低速沖擊，并將實驗結(jié)果與未蒙皮的材料進行比較，研究蒙皮對低速沖擊性能的影響。
　　 (4)三維機織整體中空復(fù)合材料低速沖擊后剩余強度研究。第一步，選取芯材高度分別為5、6、7mm的材料，進行8J能量低速沖擊，研究材料低速沖擊后的剩余強度特性；第

6、二步，選取芯材高度為7mm的材料，分別進行6、8、10J的能量沖擊，研究沖擊能量對低速沖擊后剩余強度的影響；第三步，選取芯材高度為7mm、鋁蒙皮厚度為0.3mm的材料，進行8J能量的低速沖擊，測試材料的剩余壓縮強度，并將實驗結(jié)果與未蒙皮的材料進行比較，研究蒙皮對低速沖擊后剩余強度的影響。
　　 (5)三維機織整體中空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)理論研究。利用有限元軟件ANSYS，建立整體中空復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)模型，進行壓縮力學(xué)特性分析。利用該模型，