雙軸向經(jīng)編針織復(fù)合材料壓縮性質(zhì)應(yīng)變率效應(yīng)和失效機(jī)理.pdf

1、雙軸向經(jīng)編針織物(biaxial warp-knitted,簡寫為BWK)在經(jīng)編地組織襯入伸直紗線，經(jīng)編組織使襯入紗線形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，沿紗線方向具有高拉伸剛度和強(qiáng)度。雙軸向經(jīng)編針織物可作為增強(qiáng)體用于風(fēng)力發(fā)電、航空航天等領(lǐng)域。本課題以壓縮試驗為基礎(chǔ)，建立細(xì)觀結(jié)構(gòu)簡化模型，利用有限元方法研究雙軸向經(jīng)編針織復(fù)合材料壓縮性能，分析破壞機(jī)理。
　　論文主要工作有：
　　(1) BWK復(fù)合材料沖擊壓縮試驗：采用MTS-810材料測試系統(tǒng)和

2、分離式霍普金森壓桿完成BWK復(fù)合材料不同應(yīng)變率范圍內(nèi)的沖擊壓縮試驗，獲取應(yīng)力-應(yīng)變曲線、破壞形態(tài)特征。試驗結(jié)果表明：BWK復(fù)合材料對應(yīng)變率敏感，最大應(yīng)力和壓縮剛度隨應(yīng)變率增大而增大，失效應(yīng)變隨應(yīng)變率增大而減??；BWK復(fù)合材料厚度方向失效模式為剪切破壞，面內(nèi)方向準(zhǔn)靜態(tài)時失效模式為剪切破壞，高應(yīng)變率時材料主要是分層破壞。
　　(2) BWK復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)模型的簡化：經(jīng)編紗的力學(xué)性質(zhì)融進(jìn)樹脂內(nèi)，簡化為“等效樹脂”。依據(jù)BWK的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

3、，確定等效樹脂最小代表體積單元(RVE)，將RVE分割成一系列纖維體積含量相同的“亞單胞”，計算局部坐標(biāo)系下“亞單胞”剛度矩陣，并轉(zhuǎn)換成全局坐標(biāo)系下“亞單胞”剛度矩陣，根據(jù)體積平均思想計算得到等效樹脂的剛度矩陣，簡化后BWK復(fù)合材料只包含等效樹脂與經(jīng)緯紗。在有限元軟件ABAQUS中創(chuàng)建BWK復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)簡化模型。
　　(3)有限元計算結(jié)果分析：在商用有限元軟件ABAQUS中模擬BWK復(fù)合材料準(zhǔn)靜態(tài)壓縮和高應(yīng)變率沖擊壓縮破壞過程

4、。模擬結(jié)果與試驗結(jié)果吻合較好，證明本文所建有限元細(xì)觀結(jié)構(gòu)簡化模型在預(yù)測壓縮性能方面有效。通過觀察應(yīng)力波在經(jīng)緯紗和樹脂中的傳播，揭示復(fù)合材料破壞機(jī)理：BWK復(fù)合材料面外壓縮失效模式為剪切破壞，產(chǎn)生兩條與壓縮軸成45°夾角的剪切帶，切斷與剪切帶不在一個平面上的纖維束，樹脂也沿著剪切帶開裂。復(fù)合材料被分割成三部分發(fā)生滑移，導(dǎo)致較大塑性變形。面內(nèi)方向上失效模式主要是分層破壞。應(yīng)力由受壓面向另一端面?zhèn)鬟f，纖維束間樹脂首先發(fā)生碎裂，層間發(fā)生分離。主