温度对三维编织复合材料冲击压缩性能的影响

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)测试了三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料在20~300℃下的面外冲击压缩性能,分析了温度对三维编织复合材料冲击压缩性能的影响规律.研究结果表明:温度对三维编织复合材料的冲击压缩性能具有明显的影响,三维编织复合材料的面外压缩刚度、失效应力和能量吸收随着测试温度的增加而下降,失效应变则随着测试温度的增加而增加;三维编织复合材料的失效模式主要为剪切破坏,随着测试温度的增加,破坏越明显.     

低温场下三维编织复合材料的冲击压缩性能

利用搭载低温装置的分离式霍普金森压杆装置,测试三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料在温度范围-100~23℃内沿面内方向的冲击压缩性能,分析三维编织复合材料面内压缩刚度、失效应力和比能量吸收在低温环境下随温度的变化规律.结果表明,三维编织复合材料压缩刚度、失效应力以及比能量吸收随温度的下降而升高,其脆性随着温度的下降而增加,在低温环境下面内冲击压缩破坏模式为基体碎裂和增强结构压缩变形.     

三维编织复合材料力学性能研究进展

复合材料的比强度、比模量高,耐热性、耐腐蚀性能强等性能,使得复合材料应用越来越广泛。但由于传统的复合材料层合板具有分层缺陷,抗剪切等力学性能还存在一些劣势,进而在之后的研究中提出了三维编织复合材料力学性能的研究。该文将对近些年关于三维编织复合材料的力学性能从理论、实验、模拟方面进行综述。     

三维整体编织复合材料的结构和主要力学性能

三雏编织复合材料是由三维编织物(预制件)增强的一种先进复合材料.它具有优良的力学性能和其他的性能,使复合材料制作主承力结构件和高功能制件成为可能.研究了三维编织复合材料的细观结构,并研究了三维编织复合材料的拉伸、弯曲、压缩、疲劳、冲击等力学性能,以及结构参数对这些性能的影响.为三维编织复合材料的设计和应用提供了必要的数据.     

三维编织复合材料构件机器人优化设计

用有限单元法建立三维编织复合材料构件机器人的动力学模型 ,并用数值积分法求解执行件端点动态响应 通过构件材料阻尼的极大优化 ,显著地减短机器人执行件端点的残余振动时间 图 2 ,表 1,参 5     

三维五向编织复合材料T型梁弯曲疲劳应力分布

通过四步法三维编织和真空辅助树脂模塑成型工艺(VARTM)制备三维五向编织复合材料T型梁试件,并在MTS 810.23型测试系统上测试其80%应力水平下的弯曲疲劳性能。根据三维五向编织复合材料T型梁的真实细观结构,建立大型精细实体模型,用有限元法研究三维五向编织复合材料T型梁在低周循环载荷下的弯曲疲劳性质。结果表明:疲劳加载过程中,轴纱为主要的承力部件;厚度方向上,材料从面板至加强筋处应力先减小后增大;长度方向上,应力从试样中间位置向两侧扩展;加强筋处纤维的拉伸断裂为材料在80%应力水平下失效的主要模式。此研究方法可进一步扩展至其他复杂横截面复合材料结构件的抗疲劳设计。     

三维编织复合材料威布尔概率分布数学模型

首先分析了三维编织工艺和预制件细观结构,对三维编织复合材料基本的单胞力学模型进行分析,然后运用三细胞模型,对圆形截面三维编织复合材料的工程弹性常数进行理论预测,最后通过数学推导,导出了三维编织复合材料剩余刚度和疲劳寿命的威布尔概率分布函数的表达式,并给出了上述两个分布函数中有关参数的确定方法,为进一步研究三维编织复合材料疲劳寿命试验和寿命预测提供一定的理论依据.     

两步法三维编织复合材料的刚度计算

利用织物几何模型,在层板理论和平均刚度概念的基础之上,推导了两步法三维编织复合材料弹性模量的计算公式．     

骨折固定用三维编织复合材料的性能

为避免传统金属骨折固定材料应力遮挡效应,采用真空浸渍法制备了新型骨折固定用三维编织碳纤维/环氧(C3D/EP)复合材料,研究了该材料的弯曲、剪切和冲击性能,讨论了其失效方式,通过体外细胞培养法对C3D/EP复合材料的细胞毒性进行了评价.结果表明,与常用金属骨固定材料相比,纤维含量为43%的C3D/EP复合材料弯曲强度已超过不锈钢并接近钛合金,但模量比后二者低得多,与人骨相近;与长纤维复合材料(CL/EP)相比,C3D/EP复合材料破坏时不发生脆性断裂,另外,3T3细胞系和小鼠骨髓基质细胞毒性实验表明,该材料基本没有细胞毒性.上述结果表明该C3D/EP骨折固定复合材料具有良好的应用前景.     

两步法三维编织复合材料的刚度计算

利用织物几何模型，在层板理论和平均刚度概念的基础之上，推导了两步法三维编织复合材料弹性模量的计算公式。     

两步法三维编织复合材料梁的阻尼预测和优化

基于层合板类推法和能量耗散原理,导出了两步法三维编织纤维增强复合材料矩形截面梁的比阻尼容量计算公式;提出了此类梁的优化设计方法,梁的阻尼取为最大优化目标函数,梁的刚度要求和工艺要求等取为约束条件,设计变量是纤维编织角、轴向纤维的百分比和梁的截面尺度等．优化问题采用约束变尺度法求解．算例表明了所提方法的显著效果．.     

三维编织复合材料空心断面梁的刚度分析

基于层合板类推法和一阶剪切变形位移理论,分析了三维编织复合材料空心断面梁的刚度导出了此类构件拉伸、弯曲、扭转、剪切及各种耦合刚度系数的计算公式这些刚度系数被表为纤维与基体的类型、纤维编织角、纤维体积百分比、空心断面的几何尺度等的函数图2,表1,参8     

三维编织碳/环氧复合材料的摩擦学特性

为研究三维编织复合材料的摩擦学行为，采用RTM工艺制备了三维编织碳纤维增强环氧树脂复合材料，讨论了纤维体积比、纤维表面处理和润滑条件等因素对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明，随着纤维含量的增加，复合材料的摩擦系数先降后升，在35％时有最小值；磨损率则一直下降。纤维表面处理使复合材料的磨损率降低，耐磨性提高，水润滑条件下复合材料的摩擦磨损性能远优于干摩擦条件下的性能。干摩擦条件下复合材料的磨损机制主要为黏着磨损，水润滑条件下则以磨粒磨损为主。     

三维编织复合材料空心断面梁的阻尼分析

基于层合板类推法和能量耗散原理 ,分析了三维编织复合材料空心断面梁的阻尼 导出了此类构件的比阻尼容量计算公式 分析中该复合材料被视为四个单向纤维复合材料部分叠合形成 ,各单向纤维复合材料部分的单位能量耗散被分解为与δx′、δy′、δz′、τy′z′、τx′z′、τx′y′对应的 6个分量 图 2 ,参 7     

三维编织炭纤维增强环氧树脂复合材料的吸湿特性

为了研究三维编织复合材料的吸湿行为,利用树脂传递模塑（RTM）工艺制备了三维编织炭纤维增强环氧树脂（C3D／EP）复合材料．通过吸水实验,研究了该材料的吸湿规律、温度对吸湿的影响以及吸湿过程中复合材料力争陛能的变化．结果表明：C3D／EP复合材料吸湿初期符合Fick扩散定律,但整个吸湿行为可用Sigmoidal曲线来描述;温度可加速C3D/EP复合材料的吸湿速率,并使平衡吸湿量提高;在吸湿过程中,C3D／EP复合材料的弯曲强度随吸湿时间的延长而下降,先快后慢,与吸湿曲线相对应,而且温度越高,下降越明显,表明吸湿量的大小决定了力学性能的降低程度．     

双结构三维编织复合材料弹性模量的试验研究

编织时使一部分纱参与编织另一部分纱不参与编织,可织得双结构三维编织物。文章对交织纱与轴纱的比例对三维编织复合材料拉伸、压缩以及弯曲弹性模量的影响规律进行了试验研究。试验结果表明,引入一定比例的轴纱不但可以减少编织工作量,还可以提高材料的弹性模量。     

三维全五向编织复合材料的制备及其拉伸性能

以高强无碱玻璃纤维为原料,采用四步法1×1编织工艺在全自动模块组合式编织平台上制备三维五向及全五向编织物,以E51环氧树脂、70#固化剂(四氢邻苯二甲酸酐)为树脂基体,与编织物复合制备三维五向及全五向编织复合材料,通过测试上述编织复合材料的拉伸性能,研究轴纱、编织角、纤维体积分数等结构参数对材料拉伸性能的影响.结果表明,编织复合材料的拉伸性能随着轴纱、纤维体积分数的增大而上升,随着编织角的增大而下降;三维全五向编织复合材料的拉伸性能明显优于三维五向编织复合材料.