二维与三维机织复合材料的力学性能试验研究
三维机织凸台复合材料的力学模型及性能研究
已有 了诸 多成 果 ，对于 描述 三维机 织 复合材 料 的
纱线 细观 结构 的几 何模 型也 有很 多报 道 ，如在 纱 线截 面假 设模 型 中有双 曲透 镜形假 设 、椭 圆形 假 设 、跑 道 型假 设［ ６ － ８ 】 等 ；在纱 线轨 迹 假 设 中有 直 线假 设和 正 弦 曲线 假设 等 。但关 于三 维机 织 回转 体 复合 材料 】 的结 构模 型 却鲜有 报 道 。因此 本 文 以凸 台复合材 料 为例对 三维 机织 回转 体 复合材 料
用 专 门的 图形软 件来 分析 处理 照片 的纱线 截面 轨 迹 。通 过观 察可 见 ，纱线 的横截 面近 似为 椭 圆截
多个系 统 的纱线 连成 空 间网状 结构 ，然后 在 一定 条件 下与 基体 复 合而 得到 的 高性 能复 合材 料 Ｌ １ Ｊ 。 三 维机 织 复合材 料可 设计 性 比较强 ， 比强度 和 比 刚度较 金属 材料 高 ，而且 三维机 织 复合材 料 抗疲 劳性 、耐腐 蚀性 能好 ，能一次 性成 形外 形 比较复
纱线 的椭 圆截 面 ，如 图 １中所示 。椭 圆的 内接 八 边形倾 斜边 与 ｚ轴所 成 的角度 为 ，即几何模 型 中经 纱倾 角 的计 算值 。根 据模 型 中各个 几何尺 寸 计算经 纱在 实体 模 型 中的实 际长度 ，从 而确 定结 构 的单元 体 ，整个 复合材 料 的 凸台结构 由多个 单 元体 组成 。
ｊ
三维 机 织 复 合 材 料 的纱 线 骨 架 的细 观 结 构
比较 复杂 ，想 要较 为精确 的表 达其 力 学性 能 比较 难 ，因此 三维机 织 复合材 料 的纱线 骨 架与其 力 学
性能 的关 系一 直 困扰着 学者 。学者 们 在这个 领 域
复合材料的力学性能与结构设计
复合材料的力学性能与结构设计复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优异的力学性能和结构设计潜力。
在本文中，将探讨复合材料的力学性能以及如何进行结构设计。
一、复合材料的力学性能复合材料由于多种材料的组合，具有独特的力学性能。
以下将讨论复合材料在强度、刚度和韧性方面的性能。
1. 强度由于不同材料之间的协同作用，复合材料通常具有很高的强度。
这是由于各个组成材料的优点相互弥补，从而提高整体强度。
例如，纤维增强复合材料中的纤维可以提供很高的强度，而基体材料可以增加韧性。
2. 刚度复合材料具有很高的刚度，这是由于组成材料之间的相互作用。
纤维增强复合材料中的纤维可以提供很高的刚度，而基体材料可以提供弹性和柔韧性。
因此，复合材料在受力时可以保持其形状和结构的稳定性。
3. 韧性复合材料通常具有较高的韧性，这是由于材料的组合结构所致。
纤维增强复合材料中的纤维可以分散和吸收能量，从而提高材料的韧性。
相反，在单一材料中，这种能量分散效应很少出现。
二、复合材料的结构设计复合材料的结构设计是为了实现所需的力学性能和功能。
以下将介绍复合材料结构设计的关键因素。
1. 材料选择合理的材料选择是进行复合材料结构设计的关键因素。
不同材料具有不同的力学性能和化学特性，因此需要根据应用需求选择合适的材料组合。
例如，在需要高强度和刚度的应用中，可以选择纤维增强复合材料。
2. 界面控制复合材料中不同材料之间的界面是其力学性能的重要因素。
界面的控制可以通过界面处理和表面改性来实现。
例如，通过添加粘合剂或增加表面处理剂，可以增强纤维与基体之间的结合，提高界面的力学性能。
3. 结构设计结构设计是为了实现所需的功能和性能。
在复合材料结构设计中，需要考虑材料的排布方式、层压顺序和几何形状等因素。
通过合理设计复合材料的结构，可以充分发挥其力学性能，同时满足应用需求。
三、结论复合材料具有优异的力学性能和结构设计潜力。
通过合理选择材料、控制界面以及进行结构设计，可以充分发挥复合材料的力学性能。
复合材料的动态力学性能研究
复合材料的动态力学性能研究在现代材料科学领域，复合材料因其卓越的性能和广泛的应用前景而备受关注。
其中，复合材料的动态力学性能是一个至关重要的研究方向。
动态力学性能不仅影响着材料在实际应用中的可靠性和耐久性，还为材料的设计和优化提供了关键的依据。
复合材料通常由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的组分材料组成，通过特定的工艺复合而成。
这些组分材料在性能上相互补充和协同作用，赋予了复合材料优异的综合性能。
然而，当复合材料在动态载荷作用下，其力学行为会变得相当复杂。
动态力学性能主要包括材料的储能模量、损耗模量和损耗因子等参数。
储能模量反映了材料在变形过程中储存能量的能力，而损耗模量则表示材料在动态加载过程中能量的损耗。
损耗因子则是损耗模量与储能模量的比值，它能够表征材料的阻尼特性。
研究复合材料的动态力学性能，需要借助一系列先进的实验技术和分析方法。
动态力学分析（DMA）是其中一种常用的手段。
通过在一定的温度、频率和应变范围内对材料进行动态加载，并测量材料的响应，可以获得材料的动态力学性能参数随温度、频率等因素的变化规律。
在实验过程中，样品的制备和测试条件的选择对结果的准确性有着重要影响。
样品的尺寸、形状和制备工艺需要严格控制，以确保测试结果的可靠性和可重复性。
同时，测试的温度范围、加载频率和振幅等条件也需要根据材料的应用场景和研究目的进行合理的设定。
复合材料的动态力学性能受到多种因素的影响。
首先是组分材料的性质，包括基体材料和增强材料的种类、含量和性能等。
例如，在纤维增强复合材料中，纤维的种类、长度、直径和取向等都会显著影响材料的动态力学性能。
不同的纤维具有不同的强度、模量和阻尼特性，从而导致复合材料性能的差异。
其次，复合材料的界面性能也是影响动态力学性能的关键因素。
良好的界面结合能够有效地传递载荷，提高材料的整体性能。
相反，界面结合不良会导致应力集中和能量耗散，降低材料的动态力学性能。
此外，制备工艺也会对复合材料的动态力学性能产生影响。
树脂基三维机织复合材料结构与力学性能的关系研究
收 稿 １期 ： ０ ５ ４ ４ ３ ２０ － － ；修 订 １期 ： ０ ５ ６３ ０ ０ ３ ２０ － — ０ ０
１２ 测 试 标 准 和 方 法 ．
成复 合材 料试 片 。这 ４种 结构 的复合 材料 已经 多次
成功 地应 用 于卫 星相机 支架 、 雷达 天 线罩 等制 件 中。
本工 作对 这 ４种 常 用 的 ３ Ｄ机 织 复 合 材 料 的拉 伸 、
弯曲、 压缩 等性 能 进 行 了 系统 的 实 验 研 究 和 分 析 。
１ ２ ２ 复 合 固 化 ．．
复 合 固化 采 用 Ｒ Ｍ（ ｅｉ Ｔ ａｓ ｒ ｌｉ 工 Ｔ Ｒ ｓ ｒｎｆ ｄｎ ｎ ｅ Ｍｏ ｇ） 艺， 即树脂 传 递模 塑 法 固化 成 型 。 本试 验 所 用 树 脂 为环 氧树 脂／ 固化 剂／ 化 剂 以一 定 比例 配 制 而 成 ， 催 密度 为 １ ２ ｇ ｃ ． ６ ／ ｍ 。复合 固化后 的试 片 尺 寸及 纤 维 体积 含量 如表 １所 示 。考 虑 到 ４种不 同结构 复 合材 料试 片 的纤维 体 积 含量 差 异 不 大 ， 在后 面 的 实验 测 试分 析 中视纤 维 体积 含量 为 等同 。
三 维 （ Ｄ） ３ 纺织 复 合 材 料 是 应 航 空 航 天 、 舶 、 船
汽车 、 建筑 等领 域 的需 要 而于 ７ ０年 代崛起 的先进 复
实验 和分 析 的结果 一方 面 丰 富 了三 维机 织 复合 材料 的力学 性 能数 据 库 ； 一方 面 为 三维 机 织 复 合 材 料 另 的应用 提 供 了 ６年 ｌ ０月
航
空
材
料
学
报
Ｖｏ ． １２６．ＮＯ ５ ． Ｏｃｏ ｅ ２ ６ ｔｂ ｒ ００
三维编织复合材料力学性能研究进展
国内外在近 30 年内对三维编织复合材料的细观结构与 观力学性能之间的关系进行了研究和探索 取得了一些突出 的成就 并逐渐发展成力学和材料领域的一个热门研究方 向。在试验方面，自 20 世纪 80 年代起，MACANDER 等[3] 就对三维编织复合材料的拉压剪弯等典型静态力学性能进 行了系统的试验研究；KALIDINDI 等[4]研究了纤维体积含量 和编织角对材料力学性能的影响；SHIVAKUMAR 等[5]进一 步揭示了三维编织复合材料的压缩强度和失效机制。关于三 维编织复合材料冲击力学行为和断裂形态随应变率的变化 趋势也有相关报道[6-7]。
科技与创新┃Science and Technology & Innovation
文章编号：2095－6835（2021）13－0108－06
2021 年 第 13 期
三维编织复合材料力学性能研究进展
吴亚波，江小州，刘 帅，袁 航，张尧毅，惠永博，侯荣彬
（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610056）
国内也不乏试验研究三维编织复合材料力学性能的相 关报道。张迪等[29]对比研究三维多向编织和层合板复合材料 的力学性能。四种三维多向编织结构分别利用三维四向、三 维五向、三维六向和三维七向编织工艺制备；三种层合复合 材料利用帘子布制成，分别为 0°单向板、90°单向板和层合 板［0 /（ ± 45）2 /90］2s。同时进行拉伸、压缩和剪切试 验。结果表明与三维编织试样相比，0°单向板的拉伸和压缩 性能最高，而其他层合试样的各项性能均较低；对于编织试 样，编织角越小，纵向拉伸和压缩性能越高，剪切性能越低； 发现编织结构和编织角是影响材料破坏模式的重要因素。李 翠敏等[30]研究了三维编织碳纤维复合材料的剪切性能，结果 表明，三维五向较三维四向编织复合材料剪切性能好；三维 编织复合材料剪切强度沿长度方向随着编织角的减小而增 加；切边三维编织复合材料试件受剪切破坏时在加载点附近 侧表面裂缝沿纱线走向分布，上下两表面发生弯曲破坏。李 苏红等[31]试验分析评价了编织结构参数对复合材料拉伸性 能的影响，且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果 表明，编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与 编织纱数之比等对复合材料的性能有较大的影响，复合材料 有两种破坏模式，一种是裂纹沿纤维束扩展，另一种是纤维 束拉断，后者为主要破坏模式。 2 三维编织复合材料力学性能的理论研究 2.1 几何模型和力学模型
正交-准正交复合三维机织复合材料力学性能
正交-准正交复合三维机织复合材料力学性能作者：申晓刘向东田伟祝成炎来源：《现代纺织技术》2019年第02期摘要：为弥补单一结构三维机织复合材料在性能方面的不足，研究正交-准正交复合三维机织复合材料的力学性能。
以高强涤纶长丝为原料，分别织造四层正交和准正交三维机织结构作为预制件，依据均衡对称准则设计4种复合结构，选用双酚A环氧乙烯基脂为基体，制备正交、准正交及复合三维机织复合材料，并对制得的复合材料进行经向拉伸和弯曲性能测试。
结果表明：准正交三维机织复合材料的经向拉伸和弯曲性能均优于正交三维机织复合材料;在复合三维机织复合材料中，复合顺序对复合材料性能的影响大于复合比例;正交结构位于材料表层时复合材料可以获得更优异的力学性能。
关键词：复合结构;三维机织物;复合材料;经向拉伸性能;经向弯曲性能中图分类号：TS195.644文献标志码：A文章编号：1009-265X（2019）02-0006-06Abstract：In order to make up for the performance defect of 3D woven composite with single structure， mechanical properties of orthogonal and quasi-orthogonal 3D woven composites with combined structure were investigated. The high-strength polyester filament yarn was used as the raw material to weave four-layer orthogonal and quasi-orthogonal 3D woven structures as preformed units， and four kinds of combined structures were designed according to the principle of symmetry. Orthogonal woven composites， quasi-orthogonal woven composites and combined 3D woven composites were prepared by using bisphenol A epoxy vinyl ester as the matrix. Tensile and bending properties of the composites at warp direction were tested. The results indicated that tensile and bending properties at warp direction of the quasi-orthogonal woven composites were better than that of the orthogonal woven composites. Among the combined 3D woven composites， the effect of combined sequence was greater than the combined ratio. When the orthogonal structure was laid on the surface of the composites， the composites could get better mechanical properties.Key words：combined structure; 3D woven fabric; composite; tensile property at warp direction; bending property at warp direction三维机织复合材料是利用机织加工方法将多个系统的纱线连为空间网状结构，然后在一定条件下与基体复合而得到的一种高性能复合材料，具有良好的可设计性并且由于厚度方向上存在增强纤维，其强度、刚度、抗冲击性和抗疲劳性优良[1]。
复杂载荷作用下的三维编织复合材料力学性能分析
复杂载荷作用下的三维编织复合材料力学性能分析姜黎黎;徐美玲;王幸东;翟军军【摘要】基于螺旋型单胞几何模型和多相有限元理论,建立了三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析模型.通过对代表体积单胞施加不同的复杂载荷比,数值预报了三维四向编织复合材料在双向拉伸和拉剪载荷作用下的破坏点,得到了材料的破坏包络线.结果表明,编织角对三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的破坏影响较大,编织角比较小时,应重视复杂载荷之比对材料破坏的不利影响.此方法为三维编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析提供了有效方法.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2018(023)004【总页数】5页(P108-112)【关键词】三维编织复合材料;力学性能;螺旋型几何模型;复杂载荷【作者】姜黎黎;徐美玲;王幸东;翟军军【作者单位】哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TB3320 引言三维编织复合材料由于其增强体为三维整体编织结构，突破了传统复合材料层合板结构的概念，在提高复合材料层间强度、抗冲击、抗断裂和损伤容限等方面具有巨大的优势和潜力，同时具有优良的可设计性，可以一次成型复杂的零部件。
因此，三维编织复合材料受到工程界的普遍关注，在航空、航天、国防、体育用品和生物医疗等领域得到了广泛应用[1]。
Ma、Yang、Kalidindi和吴德隆[2-5]等在详细分析了三维编织复合材料的成型技术与编织工艺的基础上，分别建立了“米”字型单胞模型、纤维倾斜模型、螺旋纤维模型以及三胞模型，并基于这些细观结构几何模型研究了三维编织复合材料的刚度Ko[6]对三维编织石墨/环氧树脂复合材料进行了拉伸实验，结果表明近似垂直于加载方向失效面上的纤维断裂是引起三维编织复合材料失效的主要原因。
机械工程中聚合物复合材料的力学性能研究
机械工程中聚合物复合材料的力学性能研究近年来，随着科技的不断进步和应用领域的不断扩大，聚合物复合材料作为一种新型材料，在机械工程领域中得到了广泛的应用。
聚合物复合材料具有很好的力学性能，使其成为工程设计中不可或缺的材料之一。
首先，聚合物复合材料的力学性能主要体现在其强度方面。
相比传统的金属材料，聚合物材料在强度上具有明显的优势。
这是因为聚合物材料的强度可以通过选择合适的纤维增强材料和树脂基体材料来进行调控。
例如，使用碳纤维作为增强材料可以显著提高复合材料的强度，并且降低材料的密度。
这使得聚合物复合材料在航空航天、汽车工程和船舶制造等领域中广泛应用。
其次，聚合物复合材料还具有优异的耐疲劳性能。
在实际工程应用中，材料的疲劳寿命往往是考察其可靠性的重要指标之一。
聚合物复合材料由于具有高度各向异性的特点，在接收循环载荷时能够有效地分散载荷，并将其转移到纤维增强层。
这种各向异性使得聚合物复合材料在疲劳载荷下能够更好地抵御龟裂扩展，从而提高材料的疲劳寿命。
此外，聚合物复合材料还具有良好的抗冲击性能。
抗冲击性能是考察材料在受到高速冲击载荷时的承载能力。
在机械工程领域中，材料经常需要承受高速运动下的冲击载荷，如汽车撞击、飞机降落等。
聚合物复合材料可以通过改变纤维的方向和分布等方式来改善其抗冲击性能。
同时，适当调整树脂基体的组分和硬度也能提高材料的抗冲击性能。
然而，聚合物复合材料也存在一些局限性。
首先，制备过程复杂，需要高精密度的加工设备和技术。
聚合物复合材料的制备通常需要进行大量的工艺参数调整和优化，以确保材料具有理想的力学性能。
其次，聚合物复合材料的性能受到环境因素的影响较大。
例如，湿热环境会导致材料的强度和硬度下降，从而降低其使用寿命和可靠性。
因此，在实际应用中需要对聚合物复合材料进行有效的环境保护和防腐措施。
综上所述，聚合物复合材料在机械工程领域中具有良好的力学性能。
其优秀的强度、耐疲劳性能和抗冲击性能，使得它成为了许多工程设计中的理想材料。