三維編織芳綸纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料的性能研究與設(shè)計.pdf

1、該文采用浸漬工藝和RTM工藝,研制了K<,3D>/PMMA和K<,3D>/EP復(fù)合材料.對纖維處理工藝、材料制備工藝、復(fù)合材料的力學(xué)性能、吸濕性能及摩擦磨損性能進(jìn)行了研究;采用交叉模型和有限元模型對三維編織復(fù)合材料進(jìn)行模擬;應(yīng)用ANSYS對人工髖關(guān)節(jié)進(jìn)行了應(yīng)力分析.纖維體積分?jǐn)?shù)(V<,f>)和編織角(θ)對力學(xué)性能的影響規(guī)律為:V<,f>和θ都是影響編織復(fù)合材料力學(xué)性能的顯著因素.在一定范圍內(nèi),隨著V<,f>的增加,復(fù)合材料的彎曲性能、

2、剪切性能和沖擊性能都為上升趨勢;隨著θ的降低,復(fù)合材料的彎曲性能、橫向剪切性能和沖擊性能是上升的,而縱向剪切強(qiáng)度是下降的.纖維截面的應(yīng)力分析表明,它可用來分析V<,f>和θ對三維編織復(fù)合材料力學(xué)性能的影響規(guī)律與機(jī)理,在某種形式的載荷下,復(fù)合材料的V<,f>和θ應(yīng)在一定范圍內(nèi)變化.V<,f>、吸濕溫度、吸濕介質(zhì)對吸濕性能的影響規(guī)律為:隨著V<,f>的增加,復(fù)合材料的吸濕率是下降的;隨著溫度的升高,復(fù)合材料的吸濕率顯著增加;在PBS中的吸濕

3、率比在蒸餾水中的高;吸濕使復(fù)合材料的彎曲性能、剪切性能降低,而使沖擊性能提高.V<,f>、纖維取向、纖維表面處理以及載荷和速度對K<,3D>/EP復(fù)合材料的摩擦磨損性能有很大影響.隨著V<,f>的增加或載荷的增加,復(fù)合材料的摩擦系數(shù)和比磨損率都是下降的趨勢;摩擦表面與纖維編織軸向平行時的摩擦系數(shù)比垂直時的摩擦系數(shù)小,但磨損率稍高.干摩擦條件下,復(fù)合材料在低速低載下的磨損為磨粒磨損和輕微的粘著磨損,在高速高載下的磨損為粘著磨損和磨粒磨損;

4、在PBS潤滑條件下,復(fù)合材料的磨損為磨粒磨損.三維編織復(fù)合材料的模擬結(jié)果為:對交叉模型的二次修正可更好的對三維編織復(fù)合材料進(jìn)行模擬.結(jié)果表明:隨著V<,f>的增加,復(fù)合材料的縱向、橫向和剪切模量上升.隨著θ的降低,縱向彈性模量升高,而橫向彈性模量和剪切模量下降.應(yīng)用ANSYS模擬得到了三維編織復(fù)合材料在承受拉伸載荷時的位移場和應(yīng)力場,驗證了編織復(fù)合材料的增強(qiáng)機(jī)理;在三維編織復(fù)合材料內(nèi)的纖維束與基體的界面處存在一定的應(yīng)力結(jié)合區(qū)域,且在纖維