三维编织复合材料细观结构和力学性能研究.pdfVIP

全国复合材料力学rof．1,l会中国·海南三弧2007．12．21．25 三维编织复合材料细观结构及力学性能研究 尹寺头 (北京航空航天大学固体力学研究所，北京100083) 摘 要 三维编织复合材料是一类新型结构材料，由于克服了层合复合材料的一些固有缺陷，具有比刚度大、 比强度高、抗冲击、耐烧蚀等优点，所以在航空、航天等领域得到广泛应用。近些年来，国内外对这类新 型复合材料的细观结构与宏观力学性能的关系进行了诸多研究，取得了丰硕成果，并逐渐成为复合材料研 究领域的一个热门方向。目前，关于编织复合材料力学性能研究的综述性文章已有很多，但均很难概括这 一前沿领域的必威体育精装版研究进展。本文将从三维编织复合材料细观结构模型研究、力学性能预测和相关实验研 究等几个方面介绍近期开展的工作，希望对国内同行的相关研究也能有所裨益。 主要工作包括：(1)对三维多(四、五、六、七)向编织复合材料的细观结构进行了研究，提出了相 应的单胞模型，并利用体积加权平均法给出了这些材料弹性性能的理论预测结果，讨论了有效弹性性能同 编织结构参数的关系。(2)基于三维四向编织复合材料细观结构模型，在假设挤压固化后纱线具有六边形 横截面的基础上，提出了一种新的有限元计算模型，通过设定合理的边界条件，计算得到了三维编织复合 材料的弹性性能，并分析了编织角和纤维体积含量对弹性性能的影响规律。(3)以单胞模型为基础，将三 维四向编织复合材料中相同走向的纤维束视为单向复合材料，利用桥联模型确定了单向复合材料的柔度矩 阵，再将具有不同材料主向的单向复合材料的刚度通过体积平均，得到了三维四向编织复合材料的总体刚 度矩阵，从而得到其工程弹性常数。然后，以单向复合材料为基础，基于等应变假设和桥联模型，确定出 失效准则，预报了三维四向编织复合材料的拉伸强度。(4)对不同编织角、不同体积含量的三维五向碳／ 酚醛编织复合材料进行了纵向(编织方向)和横向拉伸实验，获得了这些编织复合材料的主要拉伸力学性 能。(5)对经不同温度炭化处理后的三维五向碳／酚醛编织复合材料进行了纵向和横向拉伸实验，分析了这 类材料经不同温度炭化处理后拉伸力学性能的变化规律。同时，还对拉伸实验后的试件破坏断口进行了宏 观和微观分析，探讨了材料的变形和破坏机理。 关键词：三维编织，复合材料，单胞模型，力学性能 29