三維整體空芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及其復(fù)合材料性能研究.pdf

1、本文在系統(tǒng)論述國(guó)內(nèi)外三維空芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、織造、成型、性能及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，探索了以三維結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)組織的三維整體空芯結(jié)構(gòu)多向成孔的設(shè)計(jì)方法、自動(dòng)化織造、成型及抗沖擊性能等方面。主要內(nèi)空如下： 1.在經(jīng)向方向，主要選用正交結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)組織，設(shè)計(jì)了X形、V形、O形及蜂窩形等三維經(jīng)向空芯結(jié)構(gòu)；在緯向方向，也以正交結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)組織，通過空筘及穿綜的變化形成緯向不同尺寸孔形的三維空芯結(jié)構(gòu)；在經(jīng)緯結(jié)合方向，結(jié)合以上兩種設(shè)計(jì)方法，通過空筘

2、和穿綜的配合在經(jīng)向和緯向同時(shí)形成不同形狀的孔形； 2.給出以上三大類織物的厚度計(jì)算公式及孔形各邊長(zhǎng)與孔高的計(jì)算公式； 3.提出垂向蜂窩芯結(jié)構(gòu)的四棱錐模型，對(duì)垂向蜂窩組織形成垂向蜂窩效果的原理及影響因素進(jìn)行分析，得出：不同范圍的紗線纖度、織造密度、組織循環(huán)數(shù)等因素對(duì)蜂窩效果有不同的影響。利用分析結(jié)果設(shè)計(jì)了三維整體垂向蜂窩空芯立體結(jié)構(gòu)； 4.對(duì)普通劍桿織機(jī)的開口、送經(jīng)及卷取機(jī)構(gòu)進(jìn)行了不同程度的改造，增加上、下兩個(gè)經(jīng)軸

3、；加粗綜絲，加大綜眼；為開梭清晰在經(jīng)軸與綜框間相應(yīng)地加清梭棒、導(dǎo)紗棍及目板等機(jī)構(gòu)。在改造后的織機(jī)上成功試織了十幾種三維整體空芯織物。同時(shí)其所織的織物門幅也從原來的幾厘米增至織機(jī)的最大門幅。雖然改造后的織機(jī)現(xiàn)在還沒能高速運(yùn)轉(zhuǎn)，但比起原來的手動(dòng)和半自動(dòng)，是大大前進(jìn)了一步。 5.用真空輔助成型工藝，制作二維織物、典型三維織物、經(jīng)向成孔三維空芯織物和垂向蜂窩芯織物的十幾塊復(fù)合材料板。建立了三維空芯結(jié)構(gòu)織物中樹脂膠液流動(dòng)模型，使得在成型中

4、有效地排除纖維間和纖維內(nèi)部的多數(shù)氣泡。本文采用的真空輔助成型不僅可以減少工作人員與樹脂系統(tǒng)工程的接觸，由于其工藝和操作簡(jiǎn)便，能大大縮短成型周期和生產(chǎn)成本。 6.通過SEM照片，分析在落錘和準(zhǔn)靜態(tài)測(cè)試下二維復(fù)合材料、典型三維結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和三維整體空芯復(fù)合材料(經(jīng)向成孔和垂向蜂窩芯)的受損過程。得出，二維機(jī)織復(fù)合材料是因?yàn)榉謱訃?yán)重才斷裂；典型三維機(jī)織復(fù)合材料和三維空芯復(fù)合材料在該過程中均產(chǎn)生大量的銀紋和微裂紋，分層現(xiàn)象較少，故吸能要

5、好。三維空芯復(fù)合材料有空層內(nèi)氣體對(duì)各面層的抗壓力，所以性能比典型三維復(fù)合材料好。 7.通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析得出，三維整體空芯復(fù)合材料多數(shù)抗沖擊性能優(yōu)于典型三維結(jié)構(gòu)材料，二維的最差，O形最好。 本文給出的三維整體空芯結(jié)構(gòu)不僅能提高三維空芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的性能，減少用材而降低成本，還能根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)配置擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍及領(lǐng)域。如在其空芯層中可以加入保溫、吸音或抗振等特殊材料，將是保溫、阻燃、吸音及抗振等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中的輕質(zhì)的優(yōu)