三維機(jī)織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能研究.pdf

1、三維機(jī)織復(fù)合材料是利用機(jī)織加工方法將多個系統(tǒng)的紗線連成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，然后在一定條件下與基體復(fù)合而得到的高性能復(fù)合材料。由于其整體性好，提高了織物在厚度方向的力學(xué)性能，克服了傳統(tǒng)層合復(fù)合材料層間脆弱，不耐沖擊的弱點；而且織機(jī)相對簡單成本較低，適于批量生產(chǎn)，并具有很強(qiáng)的仿形能力，因此，三維機(jī)織復(fù)合材料作為一種結(jié)構(gòu)材料受到日益廣泛的關(guān)注，并已在航空航天、生物醫(yī)學(xué)工程以及汽車工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了更加真實有效的設(shè)計和使用三維機(jī)織復(fù)合材

2、料，需對它們的真實細(xì)觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能進(jìn)行深入的研究。 本文基于紗線真實形態(tài)建立了三維機(jī)織復(fù)合材料的一種新的力學(xué)模型，對其力學(xué)性能進(jìn)行了分析，并進(jìn)行了相應(yīng)的實驗研究。主要研究內(nèi)容可分為以下三個部分： 第一部分采用切片拍照的方式導(dǎo)出了三維機(jī)織復(fù)合材料中紗線截面形狀和軌跡。首先研究了三維機(jī)織復(fù)合材料的RTM成型工藝，然后將三維機(jī)織復(fù)合材料制成試件，再對試件沿紗線走向切片，每隔固定的長度切一次，并對每個截面進(jìn)行拍照，最后采用專用

3、軟件擬合所得到的照片，得到紗線的細(xì)觀形態(tài)和實際走向。 第二部分用體積平均化方法分析了三維機(jī)織復(fù)合材料的力學(xué)性能。首先結(jié)合實際的紗線形態(tài)建立了一種新的三維機(jī)織復(fù)合材料力學(xué)模型，利用此模型進(jìn)行了材料的彈性性能分析。繼而利用平均化方法結(jié)合蔡-吳張量理論對材料的拉伸、壓縮和層間剪切強(qiáng)度進(jìn)行了理論分析，并與實驗結(jié)果進(jìn)行了對比，驗證了本文計算方法的合理性。 第三部分對三維機(jī)織復(fù)合材料的力學(xué)性能進(jìn)行了實驗研究。制作了相當(dāng)數(shù)量的試件，完