三维机织复合材料的力学性能研究

• 作 者: 黄新乐
• 发表日期: 2007年期
• 关键词: 三维纺织复合材料 几何模型 结构特征参数本构关系 弹性力学性能

本文对现有三维纺织物结构参数的表征、几何结构的研究方法及三维纺织复合材料力学性能的研究方法进行了综合分析。在此基础上,提出了三维机织复合材料细观结构的参数化表征方法,建立了三维机织预型件几何结构模型和三维机织复合材料线弹性力学性能分析模型,并对所建立的模型进行了试验研究验证。通过对预型件中各系统纱线形态的分析,本文以独立的结构特征参数对三维机织结构予以量化。提出了三维机织结构的参数化表征方法,建立了预型件结构设计参数之间的关系。并基于对复合材料断面显微照片的观察,以三维机织结构的参数化表征为研究基础,建立了一个三维机织几何结构模型。利用该模型分析了结构特征参数对三维机织复合材料纤维体积分数的影响,并对三维机织复合材料纤维体积分数的理论值进行了试验验证,证明了理论模型的可靠性。以三维机织几何结构模型为研究基础,采用刚度平均法,建立了一个三维机织复合材料线弹性力学性能分析模型。该模型能够直接用来分析结构特征参数与三维机织复合材料力学性能之间的关系,为真正实现三维机织复合材料的设计、改进、性能研究等奠定了基础。通过理论分析与试验研究验证,本文所建立的理论模型能够基本反映出三维机织复合材料真实的线弹性本构关系。并且研究结果显示,采用正交接结结构能够改善复合材料的拉伸弹性模量;采用分层接结结构,可提高复合材料的层间剪切模量;增加接结经接结深度,可使复合材料面内剪切模量增大,但同时会造成层间剪切模量的降低;预型件结构对复合材料纵横泊松比有较大影响,但对其它两方向上的泊松比无显著影响。