三维机织复合材料力学性能分析与研究

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三维机织凸台复合材料的力学模型及性能研究

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 。

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

三维立体织物复合材料研究与进展

三维立体织物复合材料研究与进展

三维立体织物复合材料研究与进展随着科技的发展,复合材料在工业、民用和军事领域中被广泛应用。

三维立体织物复合材料是一种新型的增强材料,具有高强度、高刚度、高韧性、成型性好等优点,已经成为各种工业材料中不可或缺的一种。

本文将从三维立体织物的结构、制备及其应用方面综述其研究现状及进展。

1. 结构三维立体织物复合材料是由不同面密度的织物构成的。

由于三维立体织物的结构特殊,其性能比二维复合材料更优异。

三维立体织物的结构通常由一个或多个三维交织的体和两个被称为“二面”的两个表层。

其中,三维交织的体是由纵向纤维、横向纤维和Z 向纤维相互交织构成。

在制备过程中,纵向纤维通过贯穿织物的织机械设备撬开,经过钩针或喷织设备将横向纤维和Z 向纤维与其相互交织。

每个层次的纱线和织物的间隔尺寸都是可调节的,这使得三维立体织物的结构通过控制纵向、横向和Z 向的纱线结构来实现。

2. 制备三维立体织物复合材料制备技术是目前研究的热点之一,目前已经研制出许多相应的生产工艺,包括针织法、喷织法、无纺布法、编织法等。

( 1)针织法:是一种纱线由一台细针织机械编成的三维结构。

它采用针织设备排列的行和针织面来构造一个连续的、无缝的三维结构织物。

在织物的表面和内部织有不同的纱线密度或纺织结构。

( 2)喷织法:是一种通过喷织纤维来制造三维立体织物的方法。

将树脂/纤维复合材料从喷嘴或泵喷出,并通过喷嘴将复合材料沉积在三维织物上。

在制备过程中,纵向纤维通过喷嘴或滚轮决定,横向纤维和Z向纤维则通过喷射进行构造。

( 3)无纺布法:是一种制造无纺布的方法,其特点是不需要经过织造过程,可以快速制造出优质的三维立体织物。

目前,无纺布法主要采用热风交织、喷丝和湿法交织等方法来实现。

(4) 编织法:与纺织品的编法类似,纵向纤维被编织成为连续结构,然后横向纤维和Z 向纤维被插入编织的结构中,形成一个具有三维立体结构的织物。

3. 应用三维立体织物复合材料具有优异的力学性能及成型性等特点,因此广泛应用于航空航天、军事、汽车、建筑和医疗等领域。

三维编织复合材料力学性能研究进展

三维编织复合材料力学性能研究进展
的有限元分析手段也被引入到编织复合材料的性能研究中。 由于编织复合材料细观结构非常复杂,所以常用的处理方法 为先简化复合材料的细观结构,再结合有限元方法对力学性 能进行分析和预测。HAO 等[41]基于三胞模型研究了三维四 向编织复合材料的拉-拉疲劳行为,使用 ABAQUS 建立不同 编织角和纤维含量的单胞模型,分析了疲劳加载方向对疲劳 损伤进程的影响,并且讨论了单胞模型结构参数对疲劳行为 的影响,结果表明,平行于编织方向疲劳行为优于垂直方向; 沿着编织方向,疲劳寿命随编织角增大而减小;纤维体积含 量与疲劳寿命正相关。
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

《三维机织物和三维织机3000字》

《三维机织物和三维织机3000字》

三维机织物和三维织机综述目录三维机织物和三维织机综述 (1)1.1三维机织物的研究现状 (1)(1)三维针织复合材料 (1)(2)三维编织复合材料 (1)(3)三维缝合复合材料 (2)(4)三维机织复合材料 (2)1.2三维机织物预制件的结构组织 (2)1.2.1正交组织 (2)1.2.2角联锁组织 (3)1.2.3三向交织组织 (3)1.3三维织机 (3)1.3.1国内外研究动态 (3)1.3.2织机的原理 (4)1.3.3织机的设计 (4)1.1三维机织物的研究现状今天,纺织材料正在蓬勃发展,并随着时间的推移而形成,它们取代了传统的金属、陶瓷,并被用于空间、航空和军事技术领域,并逐步拓展于汽车、船舶、机械和电子等。

复杂的三维结构,产生三维纤维的倾向,现在有各种不同的和非常有效的性能,形态具有可设计性,因此,三维纺织技术在国外迅速发展,国内也在努力研究。

现在我们所知道的的三维复合材料可分为三维针织、编织、缝合和三维机织。

(1)三维针织复合材料针织物特别适合作为深拉复合材料的增强结构,它还可以通过衬垫纱来制作结构稳定高的结构材料。

我们通过将针织物结构与针织物结构两两相结合,即可加强织物结构和针织物结构。

各种材料的开发能力和能量吸收能力都在显著提高,载荷和疲劳强度都在提高。

随着针织工业的快速发展,针织物做增强材料的市场占有率正逐年增高,且增长率最快。

针织技术、工艺、设备的改进和创新,使针织物具有更大范围的可设计性,在各个技术领域都受到了人们的高度关注和研究。

目前经编织物在三维针织物中占据绝大地位。

(2)三维编织复合材料编织是目前第一个用来制造三维复合材料预制件的纺织工艺,它是将两条以上的纱线在斜向或者纵向上相互交织,形成整体结构件。

在1960年以后就已经被应用。

三维编织复合材料具有高比强度、高比刚度、抗冲击韧性好等诸多优点,相比于层合复合材料制作工艺,这种三维编织结构非常适合高产结构生产。

空间技术和军备的主要领域现在将得到广泛应用。

三维机织正交结构复合材料的参数化设计

三维机织正交结构复合材料的参数化设计

An h n, t e r t n lt f t e mo l wa e i e y c mpa i g t e a t a t c u e, mo e tuc u e, d te h a i a iy o h de s v rf d b o o i r n h c u l sr t r u d lsr t r
三 维 机 织 正 交 结 构 复 合 材 料 的 参 数 化 设 计
冯 兆行 ,田 伟 ,马 雷 雷 ,刘 鹏 , 成 炎 祝
( 江 理 工 大 学 先 进 纺 织 材 料 与 制 备 技术 教 育 部重 点实 验 室 ,浙 江 杭 州 浙 301 ) 10 8
摘 要 为 对 三 维 机 织 正 交 结 构 复 合 材 料 的 力 学 模 拟 分 析 提 供 一 种 模 型 , 过 观 察 3层 机 织 正 交 结 构 复 合 材 料 预 通 制 件 的细 观 几 何 结 构 , 析 其 最小 重 复单 元 中纱 线 间 的 几 何 位 置 关 系 , 讨 细 观 结 构 中几 何 参 数 与 宏 观 设 计 参 数 分 探

b t e t e g o tia p r mee s o t e la t e e tn u i a d h d sg ig a a ee s ewe n h e merc l a a t r f h e s r p ai g n t n t e e i nn p rm tr wa s d s u s d. On t i a i ,p r mercde in o h r f r o o o i tra sc rid o tb sn ic s e h sb ss a a ti sg fte p eo m fc mp st ma e ilwa a re u y u ig e P o En i e r s f r r / gn e o t e, a d a c m mo o e ft e 3D rho o a sr cu a p e om s sa ih d wa n o n m d lo h o t g n l t t r l r f r wa e tbl e u s

先进复合材料三维织物的织造

先进复合材料三维织物的织造

先进复合材料三维织物的织造N.Khokar;贺春霞【摘要】作为先进复合材料增强材料的3D织物的工业发展仍较缓慢,原因是工程预型件的形状可靠性、快速开发和交付及低成本这3个关键性需求大都没有得到解决.这些需求很难通过2D织造实现.2D织造工艺主要用于制备2D或片状织物,它也能制备3D织物,并常被误认为是3D织造工艺.Biteam AB公司成功研发并证实了2D织造和3D织造的差异.3D工艺中双向开口系统的开发,实现了独特的垂直和水平方向的织造,这是2D织造工艺所不能达到的.这项新技术可满足3D织物技术和经济方面的需求.3D织造工艺的开发完全符合现有的织造基本原理,从而使得3D织造工艺技术得以实现.3D织造工艺可直接用于制备夹心、实心和管状的异形截面3D织物.提请注意某些相关方面,以促进织造工艺的进一步演变.%The industrial growth of 3Dfabrics as reinforcements for advanced composite materials remains slowly because 3key demands remain mostly unaddressed:engineering pre-forms with shapeperformance reliability, development and deliverying them in short time, and making them affordable.These demands are difficult to realize through 2D weaving process which is basically devised for manufacturing 2D or sheet-like materials.Strangely, its ability to produce 3D fabrics has been incorrectly assumed to be the 3Dweaving process.This discrepancy has been overcome by Biteam AB by following a fundamentally different path from the rest.Through development of the first ever weaving device incorporating the dual-directional shedding system, weaving is uniquely performed vertically and horizontally, which is not possible by the2Dweaving process.By means of this novel method, the various technical and economic demands are achieved.This development fully complies with the established principles of weaving, and hence enables the technical realization of the 3D weaving process.The proprietary 3D weaving process uniquely produces profiled cross-section 3D fabrics directly in shell, solid and tubular types.Attention is drawn here to certain relevant aspects to enable further evolution of the timeless weaving process.【期刊名称】《国际纺织导报》【年(卷),期】2018(046)011【总页数】4页(P42-44,46)【关键词】3D织造工艺;2D织造工艺;先进复合材料;3D织物【作者】N.Khokar;贺春霞【作者单位】Biteam AB公司(瑞典);Biteam AB公司(瑞典)【正文语种】中文3D织物的应用已有100多年的历史,较为人熟知的应用包括矿产行业的运输带、纸浆行业的造纸毡、装饰用的双层布等。

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

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]。

三维角联锁机织复合材料弹道侵彻破坏细观结构尺度

三维角联锁机织复合材料弹道侵彻破坏细观结构尺度

2023-11-09•引言•三维角联锁机织复合材料概述•弹道侵彻破坏机理研究•细观结构尺度对弹道侵彻破坏的影响•优化设计及性能提升策略目•结论与展望录01引言弹道侵彻破坏是复合材料抗冲击性能的重要研究内容三维角联锁机织复合材料是一种新型高性能复合材料研究该材料在弹道侵彻下的破坏细观结构尺度有助于优化其抗冲击性能研究背景与意义研究现状与发展针对该材料的抗冲击性能优化及其在防护结构中的应用仍需深入研究研究将有助于推动复合材料在军事、航空航天、土木工程等领域的应用目前关于三维角联锁机织复合材料弹道侵彻破坏的研究尚不充分研究内容分析三维角联锁机织复合材料的细观结构特征;研究该材料在弹道侵彻下的破坏机制;探讨抗冲击性能优化方法及其在防护结构中的应用。

研究方法采用实验测试、数值模拟和理论分析相结合的方法进行研究。

首先进行材料的细观结构观察和力学性能测试;其次建立数值模型,模拟弹道侵彻过程,并分析破坏细观结构尺度;最后根据实验和模拟结果,总结抗冲击性能优化方法。

研究内容与方法02三维角联锁机织复合材料概述机织复合材料定义与特点•机织复合材料是一种由有机和无机材料通过纺织工艺制成的复合材料。

它具有高强度、高刚度、耐腐蚀、可设计性强等优点,被广泛应用于航空航天、汽车、建筑和体育器材等领域。

•三维角联锁机织复合材料是一种先进的机织复合材料,其结构特点是采用角联锁编织技术,使得材料在不同方向上具有优异的力学性能和稳定性。

其性能优势包括高强度、高刚度、抗疲劳、抗冲击等特点,适用于制造高性能的工程结构和部件。

三维角联锁机织复合材料的结构与性能三维角联锁机织复合材料的制造工艺•三维角联锁机织复合材料的制造工艺主要包括原材料准备、编织、热压成型和后处理等环节。

其中,编织工艺是关键环节,需要采用专门的编织设备和工艺技术。

通过合理的工艺控制和参数调整,可以获得具有优异性能的三维角联锁机织复合材料。

03弹道侵彻破坏机理研究弹道侵彻破坏过程分析弹道侵彻破坏的扩展分析弹体贯穿过程中,复合材料细观结构的演变和破坏模式的转变。

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要:通过对三 维机 织复合材料几 何细观结构 的研 究,分析 了三维机 织复合材料 的力学性 能,采用椭圆形纤维束截面假
设并结合实 际的纱 线形态建立 了一种 新的三维机织 复合材料力学模型 ,对 三维机织复合材料 的拉伸、压缩和层 间剪切强度 进行 了理论分析 ,并与实验 结果进行 了对 比,验证 了力学模型 的正确性 。 关键 词:三维机织复合材料 ;力 学性 能:分析
黄学峰, 三 维机织 复合材料 力学 l能分析与研究 等: 生
Fi b e r
应 用 开 发
g as l s
中图分类号 :Q1 1 777 T 7 . . 7
文献标识码: A
三维机 织复合材 料 力学性 能分析 与研 究术
黄学峰 ,张立泉 ,朱梦蝶 ,梁素兰 ,阮见
( 中材科技 股份有限公司 ,南京 2 0 1 ) 10 2
基金项 目:江 苏省 自然科 学基金 ( K 0 6 2 ) B 2 0 7 4 收稿 日期:2 1— 2 0 0 0 1— 7 作者 简介 :黄 学峰 ,男,1 7 年4 9 9 月,中材科技 股份有 限公司先 进材料 事业 部工程 师。
透镜 纤维束截 面假设 讨论 了结构和几 何参数对 弹性
Ke y wor : 3 wo e o o i ; me h n c l r p r e ; a a y i ds D v n c mp s e t c a i a o e t s p i n l ss
0 前 言
三维机 织复合 材料 以其 比刚度大 、 比强度 高 、 重量 轻 、具 有 良好 的可 设计性和 较高 的冲击损伤 容 限等优 点n2日益受到人们 的关注 ,在众 多领域有着 , 3 巨大 的应用 前景 。随着越 来越 多的三维 机织复合 材 料 结构件被广 泛应 用在航 空、航天 等领域 ,三维 机
An l i n M e ha ia o ri so D o n Co po ie aysso c n c lPr pete f3 W ve m st s
H UAN G u f ng, ZHA NG q n, ZH U e d e LI X ee Li ua M ng i , AN G l n, R UAN i n Su a Ja
gl s a s
假 设进行 了对 比性研 究 ,进 一步讨论 了纤维束截 面
形状对三 维机织 复出:
C S =( — 2 / O 0 r d/) r () 1
本文 设计 了三 维机织预 制件 ,采用 椭 圆形 纤维 束截面假 设 ,建立 了三维机织 复合材料 几何细 观结 构和力 学模 型 ,分 析 了三维 机织复合 材料 的力学性
能并与 实验 结果进 行 了对 比 ,验证其 力学模 型的正
确性。
又根据沿X 方 向两纬纱之 间的距离W 间 的 ,z ,P
关系可 以得 到:
W = +2 sn r i O+Pc t / o O o O+ c s () 2
根 据纬纱截 面积 可得 :
去 s Oo )日= (一i cs +b n
织复合材料 的力学性 能受到 了学者们 的普遍关注 。 近年来 ,针对三 维机织 复合材料 的研究方 法主 要是 从纤维束 的截面假 设 出发根据细观 结构与 织造 参数确 定几何 模型 ,计算 出单胞模型 内各种纱 线 的 长度 与横截面 积并求 得单胞模 型 的纤 维体积含 量 , 运用 体积平均 的方法 组集 总刚度矩 阵,进而获 得机 织 复合材料 的工程 弹性 常数 。如 燕瑛等 采用 双 凸
其 中:
( 3 )
1 三维机 织复合材料 的力学模型
( i maS in e&T c n lg oLd a j g 2 1 ) Sn o ce c e h oo yC . ,N ni 1 0 t n 0 2
Ab ta t Ba e n t esu y o t e g o t cmir sr cu eo 3 wo e o o i s t erme h n c l r p r e r n l z d sr c : s d o t d f h e mer c o t tr f D v n c mp st , h i h i u e c a ia o et s p i we e a ay e
性 能的影 响 ;丁辛 、易 洪雷等 采用跑 道形纤 维束
截面假 设讨 论 了接 结组织对 纤维体积分 数和取 向角
的影 响 ;最近 ,杨彩 云等 对 各种不 同纤维束截 面
《玻璃 纤 维 》2 1 年 第 3 01 期 1 3
应 开 Fi 用 发 b e
黄学峰 , 三维机 织复合材料 力争 }能分析与研究 等: 生
b sa l h n o e c a ia d 1 Th e sl , c mp e s e a d i tra n r sr n t s o D v n c mp st s we e y e tb i i g a n v l me h n c l mo e . e t n i s e o r s i n n e lmi a te gh f 3 wo e o o i r v e t e r t a l n l z db i mo e n o h o e i l a ay e y t s c y h d l dc mp r dwi et s r s l . h o a io r v d t ec re t e so t emo e . a a e t t e t e u t T ec mp rs np o e o r cn s f h d 1 h h s h
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