编织复合材料

摘要： 为研究编织层数对编织复合材料圆管的扭转力学性能和失效模式的影响,采用二维编织铺层(Over-Braiding)工艺及真空辅助树脂灌注成型工艺分别制备了2、3和4层的碳纤维/树脂编织复合材料圆管。通过搭建扭转试验-非接触全场应变测试平台,研究了3种编织层数的复合材料圆管的扭转力学响应。基于扫描电子显微镜与微计算机断层扫描技术等测试方法,分析了编织复合材料圆管的扭转失效机制。结果表明:编织复合材料圆管在扭转载荷下呈线弹性脆断特征,且形成了贯穿管壁的空间螺旋剪切带损伤区;编织层数的增加利于应力应变的稳定扩散,减少整体结构分层损伤,4层圆管的失效扭矩可达450.00 N·m,分别是3层圆管和2层圆管的1.39和2.20倍;失效模式主要有纤维断裂或劈裂、脱黏、基体开裂或碎裂等,宏观层面的失效模式种类差异不大,但在微观层面,编织层数越少,圆管的纤维失效特征更明显。

摘要： 利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验系统和高速摄像技术对三维五向碳/环氧编织复合材料的动态压缩特性进行研究。通过对编织角为22.3°的试样分别进行沿纵向和横向方向的冲击压缩实验,得到材料在200~1200 s^(-1)应变率范围内的应力应变曲线,并结合高速摄像记录的动态压缩过程,对不同应变率下材料在高速变形下的渐进破坏规律进行分析。同时,综合试样的宏观破坏特征和微观断口形貌特征,进一步分析材料的破坏模式及破坏机理。结果表明:随着应变率的增加,材料在纵向和横向均具有一定的应变率强化效应,在横向方向的应变率强化效应更为显著;不同加载方向下材料的渐进破坏过程、应力应变曲线特征以及破坏方式均具有明显差异,且随着应变率的增加而发生改变。

摘要： 针对二维三轴编织复合材料(two-dimensional triaxially braided composite,2DTBC)在低速冲击和冲击后压缩(compression after impact,CAI)载荷下的损伤失效机理,开展了2DTBC试样的不同能量低速冲击试验以及相应的CAI试验,并采用红外热像仪监测在低速冲击和CAI试验过程中的温升现象。通过C扫描表征了不同能量低速冲击后试样的分层损伤情况,讨论了试样背面温度场分布特性及其随冲击能量的演化规律;对比分析了2DTBC冲击后剩余压缩强度与冲击能量的对应关系,基于数字图像相关(digital image correlation,DIC)技术监测了CAI试验中的全局应变场,结合热成像、变形场和光学图像数据,阐明了不同能量冲击后2DTBC的压缩失效特性,讨论了基于红外热成像技术表征编织复合材料损伤失效行为的有效性。试验结果显示:编织复合材料低速冲击和CAI试验中的温度场分布图与编织几何构型有明显关联度;低速冲击试验的温升幅值随冲击能量的增加而快速上升,CAI试验的温升现象随着冲击能量的增加而减弱;分层面积随冲击能量的增大而增大,冲击后剩余压缩强度随冲击能量的增大而降低。研究结果表明:红外热成像技术能够很好地捕捉试样破坏瞬间释放断裂能所产生的温升现象,温度场图像相较于全局应变场能更好地捕捉破坏的起始位置和失效特征。

摘要： 针对孔隙缺陷对材料力学性能的重要影响,在材料细观模型中引入随机分布的孔隙缺陷,研究了含孔隙缺陷三维五向编织复合材料的偏轴拉伸力学性能。基于2种典型编织角试件,讨论了孔隙率对材料正轴力学性能的影响,通过与实验数据对比,确定了材料的孔隙率。结合周期性边界条件施加偏轴拉伸载荷,获取了不同偏轴角度下材料的应力-应变曲线,并预测了材料的强度性能。模拟了典型偏轴角度下材料的细观损伤起始、演化过程,分析了材料的失效机理,为其他复合材料结构孔隙缺陷问题及偏轴载荷问题数值分析提供了一定的参考。

摘要： 针对编织复合材料计算模型横向力学性能误差大和强度试验数据缺乏的研究现状,补充了纵横方向的刚度和强度试验数据,基于简单的刚度体积加权模型,考虑面元转弯交叉纤维的横向刚度约束效应,本文引入刚度调整因子——编织致密度,提出了面元刚度横向约束修正模型,纵横刚度和泊松比的计算误差在10％以内;结合层合板Tsai-Hill强度准则的修正模型,其纵横强度的计算误差在20％以内,获得了方法简单、较高精度的理论分析成果.

摘要： 为了准确预测三维四向编织复合材料的纵向拉伸力学性能,对编织复合材料的面胞和内胞细观实体模型进行参数化建模,面胞模型考虑了纱线空间轨迹的偏移和横截面的挤压变形.用体素网格离散模型并施加合适的边界条件,将各组分材料的损伤模型编入到有限元分析软件ABAQUS用户定义材料子程序UMAT中.分别对内编织角为30°和45°的三维四向碳纤维/环氧树脂编织复合材料的面-内胞模型进行数值分析,经体积加权平均获得不同厚度编织复合材料试件的纵向拉伸模量和强度,通过统计具有相同破坏模式的积分点数量研究复合材料的渐进损伤过程.结果表明:基于面-内胞模型预测三维四向编织复合材料的纵向拉伸力学性能与试验值吻合良好,损伤分析结果合理地反映了面胞和内胞的渐进损伤过程.

摘要： 激光超声技术具有无需耦合剂、快速及高分辨等特点,适用于各向异性碳纤维增强树脂编织复合材料的缺陷检测.运用有限元法分析了激励位置和编织结构对激光点源激发超声波信号的影响,获得了弹性波在材料内部的传播规律以及能量分布特征,并采用1 MHz空气耦合换能器搭建了一套小型化、低成本的非接触激光超声C扫描成像系统,开展了斜纹和缎纹碳纤维增强树脂编织复合材料的近表微结构和内部缺陷检测实验.结果 表明,基于空气耦合换能器的激光超声成像可以高精度地再现碳纤维增强树脂编织复合材料的近表树脂囊、碳纤维束形状、取向、尺寸及其内部缺陷等空间分布特征,有望为航空复合材料提供一种原位的微结构表征和缺陷检测方法.

摘要： 为研究不同结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能,提出一种2.5维编织复合材料经向拉伸弹性性能预测方法.通过非线性多尺度材料设计与分析,进行弯联结构和直联结构2.5维编织复合材料代表性体积元(RVE)模型的经向拉伸弹性性能仿真计算,对RVE模型进行经向拉伸弹性模量和经向拉伸破坏形式的预测.为校验该方法预测结果的准确性与合理性,对弯联和直联两种结构2.5维编织复合材料试样进行经向拉伸性能表征,并与仿真计算的预测结果进行对比分析.结果表明,非线性多尺度材料设计与分析方法能够比较准确地对直联结构2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性模量进行预测,同时能够对两种结构2.5维编织复合材料的拉伸断裂形式进行预测,这为设计和优化2.5维编织复合材料的经向拉伸弹性性能提供了一种有效方法.

摘要： 本文利用实验及有限元方法研究碳纤维编织层合板在对边固支对边自由和四边自由两种边界条件下的自由振动特性.通过有限元建模预报层合板在对边固支对边自由和四边自由两种边界下的前三阶固有频率及振型.制备了碳纤维编织层合板,并对其进行模态实验,测试其在对边固支对边自由和四边自由两种边界下的前三阶固有频率及其对应振型,并与有限元预报结果进行对比.结果表明,有限元方法能很好的预报层合板的前三阶固有频率和振型.

摘要： 针对平面编织氧化铝基复合材料提出了一种复杂面内应力状态下的强度准则和疲劳寿命预测方法.通过拉伸、压缩及纯剪切试验,分别获得了材料的静强度指标.考虑材料拉、压性能的差异和面内拉-剪联合作用对材料强度的影响机制,提出了修正的Hoffman强度理论.采用该强度理论预测得到的偏轴拉伸强度与试验结果基本一致,偏差不超过10％.开展了偏轴角θ=0°、15°、30°、45°,应力比R=0.1,频率f=10 Hz的拉伸疲劳试验,试验结果表明随着偏轴角的增加,相同轴向拉伸载荷下的疲劳寿命逐渐降低.由于面内剪切应力分量的作用,疲劳失效由纤维主导逐渐过渡到纤维和基体共同主导的模式.基于单轴疲劳寿命曲线,采用Broutman-Sahu剩余强度模型表征剩余强度随疲劳循环次数的变化规律,结合剩余强度演化模型和修正的Hoffman强度理论,提出了一种面内复杂载荷条件下的疲劳寿命预测模型,并引入疲劳剪切损伤影响因子表征拉-剪应力联合作用对材料疲劳行为的影响.采用本文提出的疲劳寿命预测模型,预测不同偏轴角拉伸疲劳寿命,预测结果与试验结果基本一致,偏差在1倍寿命范围内.比较结果表明在给定应力比、温度和疲劳载荷频率条件下,该疲劳寿命预测模型可以用来预测平面编织氧化铝基复合材料拉-剪复杂面内载荷条件下疲劳寿命.

摘要： 对含有表面纱的2.5D编织复合材料细观结构进行分析,假设经纱截面为矩形,纬纱截面为类双凸透镜截面,经纱满足余弦函数曲线走向,纬纱处于平直状态,建立了2.5D复合材料纱线细观结构的几何模型.结合几何模型与复合材料力学模型,对三种含有表面纱线的浅交弯联2.5D编织复合材料的内部RVE(代表性体积单元)、表面RVE及整体RVE分别进行刚度性能预测.基于ANSYS平台及预测的整体RVE得到的复合材料刚度性能参数,利用Block Lanczos方法完成叶片结构的模态计算.结果表明,利用内部RVE和表面RVE的方法能够比较准确的预测含有表面纱线结构的2.5D复合材料的刚度性能参数;三种2.5D复合材料平板叶片模态参数的预测值与试验值吻合良好.

摘要： C/SiC编织复合材料CT扫描图像具有灰度分布不均匀、对比度随区域变化,且纤维束在制造或者使用的过程中变形严重的特点,导致现有的二值化算法不能有效的区分纤维束和基体,并且简单的函数无法表达纤维束轮廓.针对以上问题,本文基于MATLAB软件,提出了适用于C/SiC编织复合材料CT扫描图像纤维束识别的分区域二值化算法和形函数逼近算法.经过验证,在图像质量较差的情况下,这两种算法可以识别出80％以上的纤维束,证明该算法是正确的.

摘要： 导热性能是复合材料的一项重要物理性能指标。在航天领域，导热系数低、热膨胀系数匹配的材料一直是航天器热防护的首选材料，因而对复合材料等效热传导性能的研究和预报备受人们的关注。本文主要介绍应用热电比拟方法预测编织复合材料的等效热传导系数.通过对不同编织复合材料几何结构进行分析,确定热传导的主要传热路径,提出相应的热阻模型,并推导得出相应方向上的等效热传导系数计算公式.以2.5D编织复合材料以及三维编织复合材料为例,将热电比拟法的计算结果分别与有限元及试验结果进行对比,发现吻合较好,趋势一致,但计算效率大大提高.这说明在一定的精度要求下,可以利用热电比拟法有效地对编织复合材料等效热传导系数进行预报.

摘要： 本文研究了碳纤维四步法三维四向、三维五向编织复合材料的拉伸、压缩和弯曲性能,研究了表面编织角的变化对其拉伸、压缩和弯曲性能的影响,并与层合复合材料和用于接骨板的金属材料作了对比性研究。结果表明:三维编织复合材料具有良好的力学性能,编织角和编织结构对复合材料性能有较大的影响。随着编织角的增大,复合材料的拉伸、弯曲强度和模量均减小。通过对编织角的设计,就可以设计三维编织复合材料的性能,体现了此材料在制作接骨板方面的优越性。

摘要： 针对2.5维层与层浅交弯联编织复合材料,采用经向纤维束的横截面为双凸透镜形,且其中心线沿正弦曲线排布的假设,详细研究了纬向纤维束沿着经向纤维束横截面轮廓线排布的特性,建立了一种新的有限元模型,并对其弹性常数进行了预测.研究了2.5维编织复合材料成形工艺,制作了实验件并进行了性能实验.通过实验值和理论值的对比,表明了该有限元模型的正确性.

摘要： 根据编织材料几何结构群论分析结果,可以证明其几何结构中纱线横截面等效为相应的平面多边形观点的正确性.这种方法在编织复合材料性能分析中可有效简化计算公式,为提出分析模型的基本假设提供了理论依据.

摘要： 以Tsai-Wu强度准则为基础，将三维编织复合材料看作横观各向同性材料，从而对Tsai-Wu强度准则的各阶强度张量系数进行简化，提出了一种计算三维编织复合材料拉伸强度的理论方法。计算了不同编织角和纤维体积分数下，三维四向和正交三向编织复合材料的拉伸强度，并探讨了编织角和纤维体积分数对编织复合材料强度性能的影响，计算结果与实验结果符合较好。

摘要： 应用非协调多变量有限元法和均匀化理论,本文提出了三维纺织复合材料力学分析的新方法.由于常规的以位移为基本变量的协调有限元具有内在的一些缺陷,而非协调元和杂交元显示了优越的性能,这可以从悬臂梁端部受载以及厚壁中空圆球受内压等典型算例的数值结果得到考证.本文发展了非协调位移元和杂交应力元,其中非协调元能通过分片检验条件,杂交元的构造基于相容性条件,并满足最佳参数匹配条件,模拟了三维纺织复合材料的力学行为.与三维编织复合材料力学性能的实验值比较,本文考虑的五种方法中(等参数位移元、非协调位移元、杂交应力元、等应变模型、加权平均模型),对于单向复合材料试样,五种模型的预报值误差都相当小,然而对于编织试样,有不同的情形.当没有轴向纱时,等参数位移元、加权平均模型和杂交应力元三种模型的预报结果比等应变模型和非协调位移元的更接近于实验值,而且,杂交应力元模型预报值的误差范围较稳定;当有轴向纱时,杂交应力元法仍然给出较好的结果.所以,总的来说,对于大多编织复合材料,与实验结果相比,杂交应力元模型能给出较满意和稳定的数值结果.

摘要： 鉴于传统BP网络速度慢和局部极值问题及神经网络实验数据训练样本不足的缺陷，本文提出利用径向基函数(Radial Base Function，简记为RBF)神经网络通过有限元方法对试件进行模拟，把修正后的前五阶弯曲模态频率构建训练样本的新思路，将实验模态分析的结果送入训练好的RBF神经网络进行预测，实现对编制复合材料梁的脱层损伤位置和程度评估。结果表明RBF网络速度快，稳定性好，精度高，在复合材料结构损伤监测中具有光明的应用前景和重要的工程价值。

摘要： 对2D编织C/SiC复合材料进行了拉伸试验，加载速率分别为0.2mm/min、1mm/min、5mm/min、 25mm/min、125mm/min，获得了不同加载速率下，2D编织C/SiC复合材料的应力-应变曲线。基于所获得试验结果，探讨了加载速率对2D编织C/SiC复合材料拉伸力学性能产生影响的原因。试验结果表明：本文采用的加载速率对2D编织C/SiC复合材料的拉伸力学性能影响较大，随着加载速率的增加，材料的初始弹性模量有较大程度的增大，而破坏应变有所减小。基于试验数据，采用含有损伤变量的动态本构模型，预测了2D编织C/SiC复合材料在不同加载速率下的应力-应变行为。

摘要： 本发明涉及一种复合材料自动化三维编织设备及编织方法，该编织设备包括：编织平台，包括导向柱固定板，所述导向柱固定板中设置有阵列导向柱；运动机构，包括：龙门式三轴直线模组滑台；编织端，与龙门式三轴直线模组滑台的Z轴末端相连接，该编织端末端具有编织针，带动编织纱在导向柱之间按照预制体几何形状分布；送纱装置，将编织纱线送至编织端；压实装置，包含压实板阵列，对编织至一定高度的预制体进行压实。该自动化三维编织设备集编织、压实、张力控制等功能于一体，自动化程度高，其编织端能够控制编织针姿态，减小编织针所受载荷，因此编织针直径尺寸得以缩小，从而增大导向柱密集程度，进而增加预制体纤维体积分数，预制体成形质量好。

摘要： 本发明公开一种编织结构复合材料气瓶的制作方法及其复合材料气瓶，包括以下步骤：(1)在内胆上编织编织纤维形成编织层，编织完成后得到由所述内胆和所述编织层组成的编织体；(2)对所述编织体进行浸渍胶液处理，胶液浸透所述编织层；(3)在所述编织层的表面缠绕耐温型塑料带膜，挤压、约束胶液和所述编织层，缠绕完成后得到缠带体；(4)对所述缠带体进行烘烤固化定型；(5)去除所述缠带体表面的耐温型塑料带膜，进行处理后得到复合材料气瓶。本发明通过在浸渍胶液后的编织层表面缠绕耐温型塑料带膜，利用耐温型塑料带膜对浸胶的编织层进行挤压和约束，提高胶液浸渍的效果，同时保证固化定型过程中胶液在编织层的稳定性和均匀性，保证胶液固化效果。

摘要： 提供一种强度优异的混纤丝。一种混纤丝，其为纤维成分包含连续热塑性树脂纤维和连续强化纤维的混纤丝，该混纤丝进行了捻合。

摘要： 详细说明一种具有层序列(50)的前体复合材料(60)，该层序列包括黏合层(20)、黏合层(20)上的载体层(10)、载体层(10)上的离型层(40)和离型层(40)上的分离层(30)，层序列(50)的布置为：黏合层(20)背离层序列(50)的一面至少布置在分离层(30)背离层序列(50)一面的部分区域中。进一步详细说明了一种复合材料、用于制备该前体复合材料的方法、用于制备该复合材料的方法以及前体复合材料的用途和复合材料的用途。

摘要： 本发明涉及一种复合材料自动化三维编织设备及编织方法，该编织设备包括：编织平台，包括导向柱固定板，所述导向柱固定板中设置有阵列导向柱；运动机构，包括：龙门式三轴直线模组滑台；编织端，与龙门式三轴直线模组滑台的Z轴末端相连接，该编织端末端具有编织针，带动编织纱在导向柱之间按照预制体几何形状分布；送纱装置，将编织纱线送至编织端；压实装置，包含压实板阵列，对编织至一定高度的预制体进行压实。该自动化三维编织设备集编织、压实、张力控制等功能于一体，自动化程度高，其编织端能够控制编织针姿态，减小编织针所受载荷，因此编织针直径尺寸得以缩小，从而增大导向柱密集程度，进而增加预制体纤维体积分数，预制体成形质量好。

摘要： 一种三维编织复合材料的新型编织工艺及所用编织机，属于三维编织材料领域，是将纱锭以一定规律排布在矩阵轨道层和条形轨道层穿插形成的轨道面上，并沿矩阵轨道层和条形轨道层做逆时针循环运动进行编织得到的新型三维编织复合材料。本发明通过采用独特的矩阵轨道层和条形轨道层穿插形成轨道面，而后在轨道面上以一定的规律排布未挂纱纱锭和挂纱纱锭，并使其按照一定的方式运动进行编织，从而最终得到一种新结构的三维编织材料，其编织工艺和设备简单、便于实现，而且得到的新型三维编织材料几何结构更加稳固，力学性能更加优异。

摘要： 本发明公开了一种变编织角的三维编织复合材料机匣，包括断裂叶片撞击的包容区，所述包容区的机匣采用最优编织角的复合材料编织构型，所述最优编织角通过对编织角度不同的打靶试验件进行打靶试验得到；打靶试验件曲率与包容区的机匣曲率一致，所述打靶试验得到不同编织角度下复合材料的弹道极限，然后基于统计规律插值得到最优编织角。将现有机匣进行包容区划分并对其进行针对性设计，包容区采用三维编织复合材料的最优编织角提高机匣的包容区的抗冲击性能。

摘要： 本发明提出的一种编织复合材料加强索、复合材料辐条及其制作方法，其加强索包括包括芯和纱线。所述纱线围绕所述芯，并以交错编织方式围绕并包覆所述芯编织成纱线包覆层，所述纱线包覆层至少一层。本发明以纱线围绕芯编织，采用交错编织的方式，纱线覆盖芯形成纱线包覆层，相互缠绕形成的纱线紧密贴合在芯的周部，不会松散开，当一根纱线断开时，纱线包覆层不松散开，还能够继续长时间使用，从而提高了产品的可靠性和使用寿命。

摘要： 一种三维编织复合材料的新型编织工艺及所用编织机，属于三维编织材料领域，是将纱锭以一定规律排布在矩阵轨道层和条形轨道层穿插形成的轨道面上，并沿矩阵轨道层和条形轨道层做逆时针循环运动进行编织得到的新型三维编织复合材料。本发明通过采用独特的矩阵轨道层和条形轨道层穿插形成轨道面，而后在轨道面上以一定的规律排布未挂纱纱锭和挂纱纱锭，并使其按照一定的方式运动进行编织，从而最终得到一种新结构的三维编织材料，其编织工艺和设备简单、便于实现，而且得到的新型三维编织材料几何结构更加稳固，力学性能更加优异。

摘要： 本发明涉及一种提花编织设备，包括提花编织头、平台、纱锭、喷淋系统和整经板，纱锭用于将纱线依次传送至喷淋系统、整经板及平台，提花编织头用于将纱线编织成叶片展平预制体，喷淋系统用于喷洒定型剂。本发明还涉及一种编织复合材料叶片的RTM成型方法。该提花编织设备及编织复合材料叶片的RTM成型方法的目的是解决编织复合材料风扇叶片的工艺成熟度不足的问题。