緯編雙軸向多層襯紗連接織物增強(qiáng)復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能研究.pdf

1、緯編雙軸向多層襯紗連接(Multi layered connected Biaxial WeftKnitted，MBWK)織物增強(qiáng)復(fù)合材料在車船制造、翼片、飛行員頭盔和醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，是歐盟、美國等許多發(fā)達(dá)國家重點(diǎn)發(fā)展的復(fù)合材料之一。優(yōu)異的面內(nèi)力學(xué)性能和良好的三維曲面成型性能使其應(yīng)用領(lǐng)域日漸廣泛。同時(shí)，對材料幾何結(jié)構(gòu)和力學(xué)行為的研究需求日益加劇，MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料中襯經(jīng)紗和襯緯紗通過捆綁紗捆綁，厚度方向上捆綁紗的存

2、在明顯改善了材料的層間性能，有效抑制了復(fù)合材料中MBWK織物內(nèi)部襯經(jīng)紗和襯緯紗層的分層。
　　鑒于此，本文首先以MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料為研究對象，以MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，建立了MBWK織物增強(qiáng)的復(fù)合材料的代表性體積單元，結(jié)合經(jīng)典層合板理論建立了從單向纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性性能預(yù)測到由一組MBWK織物增強(qiáng)的復(fù)合材料RVE的彈性性能預(yù)測再到經(jīng)由經(jīng)典層合板理論進(jìn)行計(jì)算的整體MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料的理論推導(dǎo)全過程。主

3、要分為以下三個(gè)步驟:(1)根據(jù)MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料中各纖維束的取向?qū)Υ硇泽w積單元(RVE)進(jìn)行分解，得到襯經(jīng)紗亞單元結(jié)構(gòu)、襯緯紗亞單元結(jié)構(gòu)和捆綁紗亞單元結(jié)構(gòu);(2)將襯經(jīng)紗亞單元結(jié)構(gòu)、襯緯紗亞單元結(jié)構(gòu)看作單向復(fù)合材料，將捆綁紗亞單元結(jié)構(gòu)看作由無限多微元段組成的復(fù)合材料，每一微元段看作單向復(fù)合材料，通過對RVE中亞單元結(jié)構(gòu)的彈性常數(shù)預(yù)測并對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，確定由一組MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料RVE的彈性常數(shù);(3)根據(jù)MBWK織

4、物增強(qiáng)復(fù)合材料中由一組MBWK織物增強(qiáng)的復(fù)合材料進(jìn)行多層順序疊層組合特點(diǎn)，結(jié)合經(jīng)典層合板理論計(jì)算得到整個(gè)MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料的彈性常數(shù)。利用材料的單軸拉伸實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了預(yù)測模型，預(yù)測值與實(shí)驗(yàn)值吻合較好，證明了預(yù)測模型的準(zhǔn)確性。
　　其次，為了驗(yàn)證捆綁紗在MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料厚度方向所起的積極作用，對滌綸捆綁和芳綸捆綁MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行三點(diǎn)彎曲測試和層間剪切測試，利用非接觸式三維光學(xué)應(yīng)變測量系統(tǒng)得到材料的縱向應(yīng)變(ε1

5、1)和層間剪切應(yīng)變(ε13)云圖，定性判定芳綸捆綁MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料的層間性能明顯好于滌綸捆綁MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料。
　　最后通過襯紗組合設(shè)計(jì)，對芳綸/碳纖維混雜MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料進(jìn)行了拉伸、彎曲性能測試，結(jié)果表明隨著碳纖維含量的增高，材料的拉伸、彎曲性能都有所提高，并表現(xiàn)出明顯的混雜效應(yīng)。通過探討捆綁紗在MBWK織物增強(qiáng)復(fù)合材料層間性能上所起的積極作用，判定材料類型對復(fù)合材料的層間分層的抑制作用大小，并通過織物內(nèi)