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《編織復(fù)合材料的細觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、3D編織復(fù)合材料的細觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能摘要歸納、梳理三維編織復(fù)合材料細觀結(jié)構(gòu)表征方面較有代表性的單胞模型，分析、比較各結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)缺點，從理論分析與試驗測試兩方面總結(jié)三維編織復(fù)合材料剛度和強度性能的研究成果與進展，探討細觀結(jié)構(gòu)表征與力學(xué)性能預(yù)報中存在的主要問題，并展望今后的研究重點與發(fā)展方向。關(guān)鍵詞三維編織復(fù)合材料；細觀結(jié)構(gòu)；力學(xué)性能MicrostructureandMechanicalPropertiesof3DBraidedCompositesABSTRACTTypicalunitcellmodelsonmicrostructureof3Dbraidedcompositesw
2、eresummarized.Advantagesanddisadvantagesofvariousmodelswerecompared.Developmentsofresearchonmechanicalpropertiesof3Dbraidedcompositeswereintroducedfromtheoreticalanalysisandexperimentaltestperspectives.Finally,problemsinthepresentstudywerediscussedandfurtherdevelopmenttrendisprospectedKEYWOR
3、DS3Dbraidedcomposites;Microstructure;Mechanicalproperties1引言三維編織復(fù)合材料是20世紀80年代為滿足航空航天部門對高性能材料的需求而研發(fā)出的先進結(jié)構(gòu)材料，具有高度整體化的空間互鎖網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可有效避免傳統(tǒng)層合復(fù)合材料的分層破壞，沖擊韌性、損傷容限與抗疲勞特性優(yōu)異，結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強，能夠?qū)崿F(xiàn)異形件的凈尺寸整體成型，因此在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域倍受關(guān)注。力學(xué)性能是三維編織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心，直接關(guān)系應(yīng)用安全性與可靠性，細觀結(jié)構(gòu)是影響力學(xué)性能的關(guān)鍵，正確描述細觀結(jié)構(gòu)是準確預(yù)測宏觀力學(xué)性能的必要前提。細觀結(jié)構(gòu)表征與力學(xué)性能預(yù)報一直是三維
4、編織復(fù)合材料的研究重點，具有重要的理論價值與實踐意義。2三維編織復(fù)合材料的細觀結(jié)構(gòu)單胞模型Ko[1]首次提出“纖維構(gòu)造”術(shù)語，定義出圖1所示的立方體單胞模型，單胞由四根不計細度的直紗線組成，紗線沿體對角線方向取向并相交于立方體中心，模型大致描述出了編織體內(nèi)部的紗線分布情況。圖1立方體單胞模型1986年，Ma，Yang和Chou[2]針對紗線間的相互作用，提出由三根正交基線和四根體對角線紗線組成的“米”字型單胞模型，如圖2所示，浸膠后的基線和對角紗線視為“復(fù)合材料桿”，在單胞中心處相互交叉。圖2“米”字型單胞模型同年Yang，Ma和Chou[3]又建立了圖3的纖維傾斜模型，纖維束
5、沿長方體單胞的四個體對角線排列，平行于同一對角線方向的所有纖維在注入基體后形成一個單層板，四個傾斜單層板組成一個單胞,纖維傾斜模型應(yīng)用較廣泛。圖3纖維傾斜模型Li[4]等在圓形截面直紗線假設(shè)的基礎(chǔ)上，構(gòu)造出圖4所示的編織體內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型，紗線沿四個角度取向，分別位于單胞中兩組相互垂直的平面內(nèi)，每個平面內(nèi)包含兩組取向角相差90°的紗線，同時Li等還發(fā)現(xiàn)編織體的表面細觀結(jié)構(gòu)與內(nèi)部有所不同。圖4Li等的單胞模型Du[5]等認為纖維傾斜模型過于簡化，提出圖5的修正幾何模型，編織紗具有圓形橫截面，單胞由六個相互垂直平面切出的四根不完整紗線組成，高度為編織花節(jié)的一半。圖5Du的單胞模型Wan
6、g和Wang[6]發(fā)現(xiàn)紗線在編織體內(nèi)部、表面和棱角區(qū)域的運動規(guī)律不同，采用控制體積法分別構(gòu)造出內(nèi)部、表面和棱角單胞模型，如圖6所示。內(nèi)部單胞與Li定義的單胞相同，表面單胞和角單胞均為三棱柱體，表面單胞內(nèi)有兩根交織紗線，角單胞內(nèi)僅含一根紗線。圖6Wang等的三單胞模型Wu[7]考慮到纖維束在三維編織復(fù)合材料內(nèi)部、表面與邊角的不同交織方式，提出由內(nèi)部基元、邊界面元和角點柱元組成的三細胞模型，如圖7所示。內(nèi)部基元是立方體，紗線仍然交于一點，面單胞也是立方體，未定義角單胞的精確外形。(a)基元單胞(b)面單胞(c)柱單胞圖7Wu等的三單胞模型Wang與Wu的單胞模型有兩個共同的缺點：一
7、是單胞組合后，編織紗存在不連續(xù)的現(xiàn)象，二是將表面和角單胞中的紗線視為直線，與真實的彎曲形態(tài)不符。Chen[8]等構(gòu)造的內(nèi)部、表面和角單胞模型如圖8所示，內(nèi)部單胞與Wang相同，表面單胞和角單胞分別為三根和兩根彎曲紗線組成的五棱柱體，紗線形態(tài)較接近實際，且三種單胞組合后紗線連續(xù)，較以往的細觀結(jié)構(gòu)模型有很大進步。(a)內(nèi)部單胞(b)表面單胞(c)角單胞圖8Chen等的三單胞模型到Chen的工作為止，已達成三維編織復(fù)合材料的內(nèi)部、表面和棱角區(qū)域需用不同單胞分別描述的共識，三胞模型獲得廣泛認可，研究
