三維正交機織復合材料的制造和高應變率壓縮行為的研究.pdf

1、三維正交機織復合材料已經(jīng)被廣泛地運用航天航空領域，并且采用此類材料制造的構(gòu)件經(jīng)常受到高應變行為的作用，所以本文重點論述了三維機織復合材料的制造過程，還利用了HOPKINSON桿技術研究了此類材料的高應變率效應。 三維正交織物是經(jīng)紗，緯紗和Z紗線相互垂直交織而成，本研究中采用三維混編織物，經(jīng)紗和Z紗線采用芳綸纖維，緯紗采用玻璃纖維。三維正交織物是采用東華大學紡織學院自主開發(fā)的正交三維織機織造而成，然后將三維織物和環(huán)氧樹脂采用真空輔

2、助加壓技術加工成三維正交機織復合材料。由于Z方向紗線增強的原因，此材料具有良好的抗沖擊性能，并能夠有效的抑制了材料的分層現(xiàn)象。再把材料制成9mm×9mm的試樣在面內(nèi)經(jīng)向和緯向及面外三個方向進行準靜態(tài)壓縮實驗和動態(tài)HOPKINSON桿壓縮實驗。準靜態(tài)實驗是在上海交通大學MTS實驗機上測試，實驗獲得應變率為0.0001s<'-1>；動態(tài)壓縮實驗實在東華大學紡織材料實驗室進行測試，應變率分布為900s<'-1>到3200s<'-1>。材料的破

3、壞模式采用光學顯微鏡進行分析。 試驗結(jié)果顯示三維正交機織復合材料在三個測試方向上都表現(xiàn)出對應變率敏感的特性，隨著應變率的增大，材料的失效應力也會增大，材料的模量也增大，但是材料的失效應變會減小。由于采用了三維混編結(jié)構(gòu)，在面內(nèi)經(jīng)向和緯向這兩個方向上材料就表現(xiàn)出強度和模量和應變率的很大的各向異性，材料在緯向比經(jīng)向具有較大的壓縮強度和模量，這是由于纖維本身的強度和應變不同，還與經(jīng)向緯向纖維體積百分含量密切相關，同時從實驗得出玻璃纖維具

4、有比芳綸纖維更大的對應變率的敏感性，隨著應變率的增大，緯向的強度和模量增加比經(jīng)向的快。在面外方向進行壓縮實驗，材料具有較大的應變率，強度和模量介于經(jīng)向和緯向之間。材料在三個方向上壓縮后，破壞形式存在顯著的差異，在經(jīng)向材料主要表現(xiàn)出剪切破壞，基體破裂和紗線的斷裂，緯向表現(xiàn)出的破壞形式與經(jīng)向的有一定的相似性，但是由于材料的差異，在緯向基體破裂更明顯，而且由于Z紗線的增強作用，材料雖然會發(fā)生分層現(xiàn)象，但是在低應變率下材料不會完全裂開分層，形成