【摘要】：本課題設(shè)計并制備了碳纖維為軸紗,芳綸纖維為編織紗和芳綸纖維為軸紗,碳纖維為編織紗的混編三維五向和三維六向復(fù)合材料。采用數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)技術(shù)記錄試樣在軸向拉伸過程中的表面全場應(yīng)變,通過相近纖維體積含量下碳纖維三維編織復(fù)合材料及芳綸纖維三維編織復(fù)合材料的對比實驗,分析了混編方式和編織結(jié)構(gòu)對碳-芳綸混編三維編織復(fù)合材料拉伸性能和損傷機理的影響。試樣軸向拉伸實驗結(jié)果表明,同種編織結(jié)構(gòu)下,芳綸纖維和碳纖維分別為軸紗的混編三維五向和六向編織復(fù)合材料的拉伸強度和模量分別較芳綸纖維三維五向和六向編織復(fù)合材料的高-2.71%,10.14%,21.21%,28.86%和36.77%,62.68%,30.28%,74.26%。芳綸纖維和碳纖維分別為軸紗的混編三維五向和六向編織復(fù)合材料的斷裂伸長率分別較碳纖維三維五向和六向編織復(fù)合材料的高34.38%,11.96%,51.09%和2.19%。同種混編方式下,碳纖維和芳綸纖維三維五向編織復(fù)合材料,芳綸纖維和碳纖維分別為軸紗的三維五向編織復(fù)合材料較對應(yīng)三維六向編織復(fù)合材料的拉伸強度分別高出58.72%,59.29%,27.84%和36.15%;拉伸模量分別高出47.43%,36.28%,43.07%和27.23%;斷裂伸長率則無明顯趨勢變化。泊松比受編織結(jié)構(gòu)影響較大,受混編結(jié)構(gòu)影響較小。同種混編方式下,碳纖維,芳綸纖維,芳綸纖維為軸紗和碳纖維為軸紗的三維五向編織復(fù)合材料的泊松比分別較對應(yīng)三維六向編織復(fù)合材料的高293.75%,162.50%,228.57%和344.44%。各組典型試樣的時間-縱向應(yīng)變曲線均接近線性。全場縱向云圖表明,試樣應(yīng)變分布整體呈均勻性,局部呈周期性。同時,試樣的面內(nèi)軸向應(yīng)變分布受混編方式和編織結(jié)構(gòu)的影響,同種編織結(jié)構(gòu)下,編織紗為碳纖維的試樣其應(yīng)變似"點陣"分布狀態(tài),編織紗為芳綸纖維的試樣其應(yīng)變似"波浪線"分布狀態(tài)。同種混編方式下,三維五向編織復(fù)合材料的表面應(yīng)變沿表層編織紗交織點均勻分散分布,而三維六向編織復(fù)合材料的表面應(yīng)變則整體上沿六向紗分布。試樣拉伸斷口和縱向剖面形貌觀測結(jié)果表明,同種編織結(jié)構(gòu)下,芳綸纖維的加入降低了斷口的整齊度,改善了試樣斷裂過程中基體的開裂與脫落現(xiàn)象,但同時降低了整體纖維與基體的浸潤程度。同種混編方式下,三維五向編織復(fù)合材料的斷口為傾斜鋸齒狀,其內(nèi)部損傷程度隨距斷口的距離增大而降低,損傷傳播距離較大,而三維六向編織復(fù)合材料的斷口為平齊斷口,其內(nèi)部損傷集中在斷口附近,損傷傳播距離較小。
[Abstract]:In this paper, three dimensional five and six dimensional composites with carbon fiber as axial yarn, aramid fiber as woven yarn and aramid fiber as axial yarn and carbon fiber as woven yarn are designed and fabricated. The full-field strain of the specimen during axial tension was recorded by digital image correlation (DIC) technique. The comparative experiments of three-dimensional braided carbon fiber composites and aramid fiber three-dimensional braided composites with similar fiber volume content were carried out. The effects of blending mode and braiding structure on tensile properties and damage mechanism of carbon-aramid three-dimensional braided composites were analyzed. The results of axial tensile test show that under the same braided structure, The tensile strength and modulus of the three-dimensional five-direction and six-direction braided composites with aramid fiber and carbon fiber respectively as axial yarns are higher than that of the aramid fiber three-dimensional five-direction and six-direction braided composites, respectively, and the tensile strength and modulus of the composites are higher than that of the aramid fiber three-dimensional five-direction and six-direction braided composites. 28.86 percent and 36.77 and 62.68, about 30.28and 74.26. The elongation at break of the blended three dimensional five and six direction braided composites of aramid fiber and carbon fiber respectively is 34.38% and 11.96% higher than that of the three dimensional five direction and six direction braided composites, respectively, and is 2.19% higher than that of the three dimensional five direction and six direction braided composites. Carbon fiber and aramid fiber three-dimensional five-direction braided composites in the same blending mode, The tensile strength of the three-dimensional five-direction braided composite with aramid fiber and carbon fiber as axial yarn is 58.72% and 36.15% higher than that of the corresponding three-dimensional six-direction braided composite, respectively. The tensile modulus was 47.43% and 27.23% higher than that of 36.28%, respectively, but the elongation at break had no obvious trend. Poisson's ratio is influenced greatly by braided structure and less by mixed structure. In the same blending mode, the Poisson's ratio of three dimensional five-direction braided composites with carbon fiber, aramid fiber as axial yarn and carbon fiber as axial yarn is 293.7575 and 162.50 higher than that of three-dimensional six-direction braided composite, respectively. 228.57% and 344.44%. The time-longitudinal strain curves of each group of typical samples were almost linear. The full-field longitudinal cloud image shows that the strain distribution of the sample is uniform and the local strain distribution is periodic. At the same time, the in-plane axial strain distribution of the sample is affected by the mixing mode and the braiding structure. Under the same braiding structure, the strain distribution of the sample with the same braided yarn is like "lattice". The strain of the woven yarn as aramid fiber is similar to the "wave line" distribution. In the same blending mode, the surface strain of the three-dimensional five-direction braided composite is distributed uniformly along the interwoven point of the surface braided yarn, while the surface strain of the three-dimensional six-direction braided composite is distributed along the hexagonal yarn as a whole. The results of tensile fracture and longitudinal profile observation show that the addition of aramid fiber reduces the uniformity of fracture surface and improves the cracking and shedding of the matrix during the fracture process of the specimen under the same braided structure. At the same time, the wetting degree of the whole fiber and matrix was reduced. In the same blending mode, the fracture surface of the three-dimensional five-direction braided composite is inclined serrated, and the internal damage degree decreases with the distance from the fracture surface to the fracture surface, and the damage propagation distance is larger, while the fracture surface of the three-dimensional six-direction braided composite is flat and uniform. The internal damage is concentrated near the fracture surface, and the damage propagation distance is relatively small.
【學(xué)位授予單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB332

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本文編號：2295240