基于不同三維機織結(jié)構(gòu)的碳纖復(fù)合材料整體力學(xué)性能研究.pdf

1、隨著先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料在航空領(lǐng)域用量的不斷增加，碳纖復(fù)合材料，作為先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料的一種，已經(jīng)成為最受關(guān)注的材料研究方向之一。傳統(tǒng)層合板復(fù)合材料具有優(yōu)良的面內(nèi)力學(xué)性能，但Z向性能相對薄弱，易分層，低能量沖擊損傷大，而且人工鋪層成本高、效率低。因此，對一些外形復(fù)雜的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計，其增強體結(jié)構(gòu)的選取正逐步轉(zhuǎn)向于三維紡織結(jié)構(gòu)。對于三維紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的研究多集中于三維預(yù)制件成型設(shè)計和面內(nèi)經(jīng)緯向力學(xué)性能對比，而缺乏三維紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料整體

2、力學(xué)性能分析，與三維增強體預(yù)制件結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)研究較少。
　　本課題以不同三維機織結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計織造碳纖維三維機織結(jié)構(gòu)增強體預(yù)制件，制備復(fù)合材料板，對比三種典型三維機織結(jié)構(gòu)（淺交彎聯(lián)、淺交直聯(lián)和三向正交）的復(fù)材板結(jié)構(gòu)性能差異，綜合分析其整體力學(xué)性能，為復(fù)合材料增強體結(jié)構(gòu)性能設(shè)計和實際應(yīng)用提供參考依據(jù)。
　　首先，利用T800碳纖維在劍桿織機上織造淺交彎聯(lián)、淺交直聯(lián)，及三向正交機織結(jié)構(gòu)的預(yù)制件；通過USB電子顯微鏡表征織物試

3、樣表面形態(tài)。結(jié)果表明：三種結(jié)構(gòu)預(yù)制件表面都有部分紗線損傷，其中，淺交彎聯(lián)結(jié)構(gòu)預(yù)制件表面斷纖毛絲最多，淺交直聯(lián)結(jié)構(gòu)預(yù)制件表面斷纖毛絲最少；
　　隨后，采用液體真空輔助成型（VARI）工藝，通過合理設(shè)計導(dǎo)流網(wǎng)形狀尺寸，制備三種不同三維機織結(jié)構(gòu)的碳纖復(fù)合材料。依據(jù)ASTM測試標(biāo)準(zhǔn)，對不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料測試板件進(jìn)行力學(xué)測試樣條尺寸設(shè)計及切割，從XYZ三個方向進(jìn)行拉伸、彎曲、壓縮，以及短梁剪切四種不同類型的力學(xué)性能測試，對比分析三種結(jié)構(gòu)碳纖

4、復(fù)合材料的各方向力學(xué)性能差異。根據(jù)對比可知：三向正交結(jié)構(gòu)由于內(nèi)部紗線伸直度最好，增強體預(yù)制件對復(fù)合材料制品的性能貢獻(xiàn)最大，經(jīng)向力學(xué)性能最好；淺交直聯(lián)結(jié)構(gòu)由于經(jīng)紗屈曲度小，而且經(jīng)緯聯(lián)鎖交織狀態(tài)清晰，各方面力學(xué)性能較為均衡，而且織物可織性最好，為三維機織復(fù)合材料增強體結(jié)構(gòu)選取的最佳選擇；淺交彎聯(lián)結(jié)構(gòu)由于頻繁的交織聯(lián)鎖，織物可織性最差，抗分層效果最好，但其他方面力學(xué)性能差，整體結(jié)構(gòu)性能最差。
　　最后，引入指定零部件，根據(jù)零件XYZ三方