三維六向編織復(fù)合材料力學(xué)性能及其參數(shù)反演分析.pdf

1、三維六向編織復(fù)合材料是在三維四向編織預(yù)成型體的基礎(chǔ)上，分別在縱向和橫向上添加不動紗而形成的一種整體結(jié)構(gòu)性能良好的編織結(jié)構(gòu)，因其除了具有高比剛度、高比強度的優(yōu)點之外，在面外性能、剪切性能、結(jié)構(gòu)可設(shè)計性等方面表現(xiàn)優(yōu)異，故在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。但研究其力學(xué)行為的文獻報道較少，僅有的研究主要針對的是不同編織角、不同纖維體積分數(shù)對材料拉伸或連接性能的影響，這是設(shè)計階段材料選型和使用過程中工藝要求所需要的，但作為一種典型的正交各向異性和拉壓雙

2、模量復(fù)合材料，在設(shè)計和使用階段，還需重點考慮材料在不同工況下、不同方向上的力學(xué)性能差異，此外，針對材料剛度的預(yù)報，目前還缺乏與真實細觀結(jié)構(gòu)觀測結(jié)果的結(jié)合和考慮拉壓不同性能，而且借鑒于纖維增強層合板相關(guān)實驗標準，對材料進行性能測試，面臨實驗工作量大、周期長、效率低、費用高等困難，且在不同類型的實驗之間，由于試樣形狀不一和復(fù)合材料數(shù)據(jù)的離散性，在對數(shù)據(jù)進行橫向比較方面存在一定難度，急需發(fā)展一種一次實驗測出多個力學(xué)性能參數(shù)的方法。因此，針對上

3、述存在的不足和困難，本文主要進行以下三個方面的研究。
　　本文首先對小編織角、中等纖維體積含量的T300/TDE86三維六向編織復(fù)合材料進行了不同工況下、不同方向上的力學(xué)性能試驗，包括：縱向拉伸、三個不同方向上的壓縮和面內(nèi)剪切性能試驗，獲得了相應(yīng)的強度和模量等數(shù)據(jù)，以及破壞模式與損傷機制，并詳細橫向比較了它們之間的異同及原因。其次在四步法編織工藝的基礎(chǔ)上，對原始材料和燒去樹脂后的材料進行了不同方位上不同紗線走向的觀測，確定了材料的

4、細觀結(jié)構(gòu)形式和特征參數(shù)，以及紗線之間的扭結(jié)、接觸情況，在一定假設(shè)條件的基礎(chǔ)上，考慮到材料宏觀實際尺寸，建立了厚度方向上的全尺寸幾何分析模型，采用已有文獻關(guān)于纖維束和基體的組分材料力學(xué)性能參數(shù)，利用剛度組裝技術(shù)對幾何分析模型進行了不同方向上的剛度預(yù)報，預(yù)報結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)相比，除厚度方向壓縮性能和面內(nèi)剪切剛度誤差較大外，其余吻合均較好，說明了本章剛度預(yù)報方法的準確性；最后聯(lián)合使用數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù)（DIC）和有限元對三維六向編織復(fù)合材料的開孔