多层多向层联机织复合材料力学性能试验及刚度预报

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作者 郭瑞卿 张一帆 +2 位作者 尹亮 陈利 李桂洋 《航空制造技术》 北大核心 2025年第6期96-103,共8页

三维机织复合材料因结构整体性能好、层间性能优、制备成本低等突出优点,被广泛应用于航空航天、国防等重要领域。本文以一种新型三维机织结构(多层多向层联机织结构)为研究对象,开展了其复合材料在0°和90°两个方向上的拉伸... 三维机织复合材料因结构整体性能好、层间性能优、制备成本低等突出优点,被广泛应用于航空航天、国防等重要领域。本文以一种新型三维机织结构(多层多向层联机织结构)为研究对象,开展了其复合材料在0°和90°两个方向上的拉伸及面内剪切试验,通过建立几何单胞模型,选择合理的边界条件,对该材料进行了刚度预报,并与试验结果进行对比。结果表明,0°方向拉伸弹性模量的模拟值与试验值相差1.73 GPa,90°方向拉伸弹性模量的模拟值与试验值相差1.76 GPa,两个方向的最大误差均不超过5%;面内剪切模量的模拟值与试验值相差1.47 GPa,泊松比相差0.01,基本一致;表明采用有限元法预报的弹性模量与实际的试验值吻合较好。 展开更多

关键词 多层多向 三维机织复合材料 拉伸性能 面内剪切性能 有限元模拟

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多层多向机织复合材料细观结构建模及其性能 被引量：3

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作者 王心淼 陈利 +1 位作者 张典堂 陈冬 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期45-52,共8页

为分析多层多向机织复合材料的细观结构,基于多层多向机织工艺及不同于传统机织结构的纱线空间运动规律,推导了工艺参数与结构参数之间的关系,建立了细观结构分析模型;为研究多层多向机织复合材料的拉伸性能和失效机制,采用多层多向机... 为分析多层多向机织复合材料的细观结构,基于多层多向机织工艺及不同于传统机织结构的纱线空间运动规律,推导了工艺参数与结构参数之间的关系,建立了细观结构分析模型;为研究多层多向机织复合材料的拉伸性能和失效机制,采用多层多向机织工艺、树脂传递模塑复合工艺,以碳纤维和环氧树脂为原材料制备了2种不同结构的多层多向机织复合材料,采用万能试验机和非接触全场应变仪对材料进行了0°和90°方向的准静态拉伸性能测试,并与正交三向机织复合材料进行了对比分析。结果表明:斜向纱的存在对多层多向机织复合材料的拉伸破坏模式和断口形貌有较大影响,斜向纱一定程度上阻碍了裂纹和应变沿承载方向扩展,0°方向拉伸试样断口处经纱层内经纱全部断裂,90°方向拉伸试样断口处纬纱层内纬纱全部断裂,2个方向的拉伸试样斜向纱层中均存在部分斜向纱纤维未断裂,拉伸试样非完全断裂。 展开更多

关键词 多层多向机织 机织复合材料 细观结构 拉伸性能

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基于超声相控阵的机织层合复合薄板试件内部缺陷检测方法 被引量：4

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作者 肖志涛 郭永敏 +4 位作者 耿磊 吴骏 张芳 王雯 刘彦北 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期81-87,共7页

针对机织层合薄板复合材料试件的内部缺陷,采用超声相控阵检测法对其进行超声100%扫查,并对得到的超声定位的缺陷区域进行分析;建立了超声回波A扫描波形图、B扫描图像以及C扫描图像和机织层合板复合材料内部区域缺陷分布的对应关系,分... 针对机织层合薄板复合材料试件的内部缺陷,采用超声相控阵检测法对其进行超声100%扫查,并对得到的超声定位的缺陷区域进行分析;建立了超声回波A扫描波形图、B扫描图像以及C扫描图像和机织层合板复合材料内部区域缺陷分布的对应关系,分析比较了复合材料试件分别在同时激发4、8、16个晶片(阵元)的条件下得到的超声检测结果图,并在相控阵设置最优条件下对复合材料进行横纵方向超声扫描得到检测图,针对C扫描得到的缺陷扫查图进行定量分析。研究结果表明:扫描得到的超声A扫描波形图、B扫描图像以及C扫描图像在复合材料缺陷的位置上有一一对应的关系,超声相控阵检测法可用于机织层合板复合材料的无损检测及其缺陷的初步评价。 展开更多

关键词 机织层合薄板复合材料 缺陷检测 超声相控阵检测 超声回波 无损检测

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层-层正交角联锁机织物及其复合材料的结构及其层切破坏机制研究 被引量：1

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作者 贾雪飞 庄毅 +5 位作者 唐毓婧 李姗姗 时文 张雷 刘明 周江明 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期81-89,共9页

采用无损高分辨率X射线成像(显微X-CT)技术对层-层正交角联锁机织物以及复合材料内部结构进行分析,并研究了层间剪切强度与结构之间的关系;通过三维重构展现了机织物的层-层正交角联锁的微观结构,观察到机织物内部的单丝扭转、挤压现象... 采用无损高分辨率X射线成像(显微X-CT)技术对层-层正交角联锁机织物以及复合材料内部结构进行分析,并研究了层间剪切强度与结构之间的关系;通过三维重构展现了机织物的层-层正交角联锁的微观结构,观察到机织物内部的单丝扭转、挤压现象;依据机织复合材料中孔隙和高密度杂质在三维空间的分布,计算了其相应的占比。结果表明:层间剪切实验后的机织复合材料虽然宏观形貌保持了良好的完整性,但内部存在孔隙变形、分层、纤维弯曲、片层断裂等现象;层-层正交角联锁机织结构有效提高了复合材料的层间力学性能,内部的缺陷对复合材料的力学性能有较大的影响;无损高分辨X射线成像技术是研究纤维增强复合材料内部复杂结构特性的有利手段。 展开更多

关键词 层-层正交角联锁 复合材料 机织结构 缺陷 显微CT 层间剪切

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基于ECPL模型的平纹机织复合材料低速冲击多尺度模拟 被引量：11

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作者 王涛 侯玉亮 +1 位作者 铁瑛 李成 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2020年第20期295-304,共10页

采用多尺度方法对平纹机织复合材料低速冲击损伤进行了数值模拟。建立E玻璃纤维束的微观单胞模型,计算出纤维束的等效刚度和强度;然后建立平纹机织复合材料的细观单胞模型,并基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则对细观模型进行损... 采用多尺度方法对平纹机织复合材料低速冲击损伤进行了数值模拟。建立E玻璃纤维束的微观单胞模型,计算出纤维束的等效刚度和强度;然后建立平纹机织复合材料的细观单胞模型,并基于连续损伤力学模型和三维Hashin失效准则对细观模型进行损伤演化模拟;提出一种新的基于体积平均法的局部均匀化方法,将细观模型转化为含有0°和90°单层的等效交叉层合板(ECPL)模型,同时将建立的ECPL模型扩展成宏观模型并对其低速冲击损伤进行数值模拟,得出冲击能量为30 J下平纹机织复合材料的力位移曲线及能量曲线并与文献中的试验结果进行了对比。结果表明,由于层合板未发生穿孔破坏,力和位移均呈现先增大后减小的趋势,数值模拟峰值力为5621 N,与试验值误差为1.3%;并且层合板失效形式主要为纤维和基体拉伸损伤及层间分层损伤。宏观ECPL低速冲击模型的数值与试验结果吻合较好,验证了局部均匀化方法和多尺度模型的有效性。 展开更多

关键词 平纹机织复合材料 等效交叉层合板模型 局部均匀化 低速冲击 多尺度模型

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界面层对三维机织角联锁SiC_(f)/SiC复合材料断裂韧性的影响

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作者 段亚弟 谢巍杰 +4 位作者 邱海鹏 王晓猛 王岭 张典堂 钱坤 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期119-128,共10页

为探究界面层对SiC_(f)/SiC复合材料性能的影响,选用国产第3代SiC纤维,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了热解碳(PyC)、热解碳/碳化硅(PyC/SiC)、氮化硼(BN)、氮化硼/碳化硅(BN/SiC)4种界面层的三维机织角联锁SiC_(f)/SiC复合材料。在此基础... 为探究界面层对SiC_(f)/SiC复合材料性能的影响,选用国产第3代SiC纤维,通过先驱体浸渍裂解工艺制备了热解碳(PyC)、热解碳/碳化硅(PyC/SiC)、氮化硼(BN)、氮化硼/碳化硅(BN/SiC)4种界面层的三维机织角联锁SiC_(f)/SiC复合材料。在此基础上,结合声发射技术对复合材料进行常温断裂韧性测试,并利用扫描电镜对其细观损伤模式进行评价。结果表明:界面层对三维机织角联锁SiC_(f)/SiC复合材料的断裂强度和断裂韧性有强决定作用,但对其初始模量没有太大的影响;以PyC层为主界面层的试样具有良好的断裂韧性,试样P-SiC_(f)/SiC和P/S-SiC_(f)/SiC的断裂韧性分别为13.99和16.93 MPa·m^(1/2),而试样B-SiC_(f)/SiC表现出强界面结合,具有最低断裂韧性6.47 MPa·m^(1/2);但在界面引入SiC层后,试样B/S-SiC_(f)/SiC的断裂韧性显著提高至15.81 MPa·m^(1/2);声发射能量和撞击数可完整描述SiC_(f)/SiC复合材料的实时损伤过程。 展开更多

关键词 SiC_(f)/SiC复合材料 三维机织角联锁 界面层 断裂韧性 声发射

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涡轮发动机复合材料叶片用增强织物研究进展 被引量：8

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作者 陈利 陈冬 +2 位作者 容治军 孙颖 孙绯 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2018年第6期30-35,共6页

基于涡轮发动机复合材料叶片的研究进展,从预浸料铺放(铺层)技术和三维织物机织技术两个方面介绍了涡轮叶片用复合材料增强织物的研究现状,最后从织物结构设计、标准化体系建立、模拟角度提出了涡轮叶片用三维织物的未来发展方向.

关键词 涡轮发动机 复合材料叶片 增强织物 铺层技术 三维机织技术

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经纬向纤维体积比例对2.5D机织复合材料力学性能的影响 被引量：14

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作者 焦亚男 仇普霞 +1 位作者 纪高宁 徐雪伟 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2015年第3期1-5,共5页

以T800碳纤维为原材料,制备5种不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织结构预制件,并以其为增强材料制备了T800碳/环氧2.5D机织复合材料.通过进行拉伸、弯曲、压缩3种实验,分析比较经纬向纤维体积比例对力学性能的影响.实验结果表明:2.5D机... 以T800碳纤维为原材料,制备5种不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织结构预制件,并以其为增强材料制备了T800碳/环氧2.5D机织复合材料.通过进行拉伸、弯曲、压缩3种实验,分析比较经纬向纤维体积比例对力学性能的影响.实验结果表明:2.5D机织复合材料的经、纬向力学性能与该方向的纤维体积含量相关;当经纬向体积比例为1∶0.5时,复合材料表现出经、纬向均衡的力学性能;此外,还表明指数函数可以较好地拟合不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织复合材料的力学性能. 展开更多

关键词 T800碳纤维 2.5D机织复合材料 力学性能 经纬向纤维体积比例 指数函数拟合

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航空复合材料的组合凸轮式Z-pin预植入机的设计与实现 被引量：3

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作者 陈原 于福杰 +1 位作者 胡铭铎 宁淑荣 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期379-392,共14页

为解决当前Z-pin植入设备植入效率低、Z-pin易折断或打滑等问题,并推动Z-pin增强技术高效地应用于民用和国防事业,开发了基于组合凸轮的高效高精度Z-pin预植入机。首先,根据航空矩形类复合材料层合构件的预植入工艺技术要求,分析了预植... 为解决当前Z-pin植入设备植入效率低、Z-pin易折断或打滑等问题,并推动Z-pin增强技术高效地应用于民用和国防事业,开发了基于组合凸轮的高效高精度Z-pin预植入机。首先,根据航空矩形类复合材料层合构件的预植入工艺技术要求,分析了预植入机的功能需求。其次,提出了先"剪切"后"植入"组合凸轮式预植入机的机构运动方案。采用解析法设计了预植入机的凸轮机构,计算了凸轮机构的理论轮廓曲线。然后,构建了含有间隙凸轮机构的弹性动力学模型,优化了组合凸轮的转速,进行了组合凸轮的虚拟样机运动仿真。最后,设计制造了实验样机,通过植入实验验证了组合凸轮设计的正确性和合理性,并根据实验中出现的问题优化了植入运动方案。实验结果表明,该方案使Z-pin植入效率得到大幅提高,以植入间距3mm×3mm为例,其效率能够达到5 080mm2/min,植入成功率控制在99%以上,植入间距、植入深度和纤维长度等参数的精度均控制在±0.01mm以内。预植入机操作方便,人机界面友好,长时间工作平稳,无Z-pin折断等问题出现,能满足当前对Z-pin植入设备植入效率、植入精度的要求。 展开更多

关键词 Z-pin预植入机 组合凸轮机构 矩形类复合材料层合构件

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机织层合防弹面料的性能研究 被引量：6

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作者 林燕萍 《现代纺织技术》 北大核心 2016年第1期23-26,共4页

利用自制压缩空气冲击装置对4块机织对位芳纶纯纺面料按22.5°旋转进行层合的面料进行抗冲击实验,并测试对位芳纶面料的服用性能。研究表明:1/1平纹对位芳纶纯纺层合织物抗冲击效果与抗起毛起球性均高于1/2斜纹面料,而相应面的透气... 利用自制压缩空气冲击装置对4块机织对位芳纶纯纺面料按22.5°旋转进行层合的面料进行抗冲击实验,并测试对位芳纶面料的服用性能。研究表明:1/1平纹对位芳纶纯纺层合织物抗冲击效果与抗起毛起球性均高于1/2斜纹面料,而相应面的透气率低于1/2斜纹面料;kevlar49对位芳纶机织层合面料抗冲击效果、相应面的透气率、抗起毛起球性均高于国产对位芳纶面料,而回潮率低于国产对位芳纶面料。相比抗冲击效果与服用性能,kevlar49对位芳纶机织层合面料优于国产对位芳纶面料。 展开更多

关键词 对位芳纶 机织层合 防弹织物 抗冲击 服用性能

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三维机织复合材料T型接头的拉伸性能

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作者 张一帆 安柳絮 +4 位作者 闫英杰 邹齐 刘晓志 郭俊华 陈利 《纺织学报》 2025年第7期128-135,共8页

为研究不同交织结构对三维机织复合材料T型接头拉伸性能的影响,设计了不同织物结构以及不同连接方式的复合材料T型接头,并采用树脂传递模塑(RTM)成型工艺复合成型。采用拉伸试验结合非接触全场应变测量系统研究了复合材料T型结构的宏观... 为研究不同交织结构对三维机织复合材料T型接头拉伸性能的影响,设计了不同织物结构以及不同连接方式的复合材料T型接头,并采用树脂传递模塑(RTM)成型工艺复合成型。采用拉伸试验结合非接触全场应变测量系统研究了复合材料T型结构的宏观力学行为,利用Micro-CT技术阐明其失效机制,并细致讨论了不同织物结构和不同连接方式对复合材料T型接头拉伸性能的影响规律。结果表明:交叉连接试样的拉伸强度相比于分叉连接试样提高了12.46%,交叉引入的纬纱可以抵抗拉伸载荷在连接处产生的剪切作用,能有效提高复合材料T型接头的损伤容限;多层多向复合材料T型接头的拉伸强度相比于层联机织复合材料T型接头提升了98.46%,多层多向结构由于±45°斜向纱的引入改善了试样在连接处的应力分布,能有效提高复合材料T型接头底板的抗剪切性能。 展开更多

关键词 T型接头 多层多向结构 三维机织复合材料 拉伸性能 失效机制

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正交接结组织结构特征及其对纤维体积含量的影响 被引量：6

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作者 丁辛 易洪雷 《天津纺织工学院学报》 北大核心 1998年第4期15-19,共5页

归纳了多层机织结构的特征参数，提出了多层机织结构的设计原则，建立了多层机织物的几何结构模型．以具有正交接结组织的多层机织结构为例，讨论了其接结组织的结构特征，并分析了正交接结组织结构特征参数对纺织复合材料最大纤维体积... 归纳了多层机织结构的特征参数，提出了多层机织结构的设计原则，建立了多层机织物的几何结构模型．以具有正交接结组织的多层机织结构为例，讨论了其接结组织的结构特征，并分析了正交接结组织结构特征参数对纺织复合材料最大纤维体积含量的影响． 展开更多

关键词 多层机织结构 正交接结组织 机织 复合材料 设计

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