【摘要】：三維編織復(fù)合材料作為飛行器和高速車輛設(shè)計(jì)常用的工程結(jié)構(gòu)材料,經(jīng)常承受沖擊加載,在沖擊加載下破壞形態(tài)是表征抗沖擊性能重要內(nèi)容。破壞裂紋生成和擴(kuò)展是破壞形態(tài)研究重要形式之一。本文主要研究三維編織復(fù)合材料沖擊加載后裂紋分布和擴(kuò)展特征與復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)及沖擊加載條件的關(guān)系,結(jié)合有限元方法揭示裂紋產(chǎn)生機(jī)制。主要研究工作:(1)用真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模塑法制備三維四向和三維五向編織復(fù)合材料。在分離式Hopkinson壓桿裝置上測(cè)試500~800s~(-1)應(yīng)變率范圍內(nèi)壓縮性能,獲得不同加載應(yīng)變率時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,分析三維四向和三維五向編織復(fù)合材料動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能。(2)用高速攝影記錄三維四向和三維五向編織復(fù)合材料沖擊加載動(dòng)態(tài)變形過(guò)程,借助光學(xué)顯微鏡觀測(cè)沖擊加載后截面裂紋分布狀態(tài),分析編織結(jié)構(gòu)和加載條件對(duì)截面裂紋分布以及擴(kuò)展影響。(3)構(gòu)建三維四向和三維五向編織復(fù)合材料全尺寸細(xì)觀結(jié)構(gòu)有限元幾何模型,數(shù)值計(jì)算三維編織復(fù)合材料沖擊加載損傷,對(duì)比測(cè)試結(jié)果,揭示裂紋產(chǎn)生機(jī)理。本文主要結(jié)論:(1)沖擊壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線:三維四向編織復(fù)合材料壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線在初始階段呈線性,后轉(zhuǎn)為非線性,直至應(yīng)力波卸載。應(yīng)變率增大,壓縮模量、最大應(yīng)力以及最大應(yīng)變均隨之增大。三維五向編織復(fù)合材料曲線在初始階段呈雙線性,后轉(zhuǎn)為非線性,直至應(yīng)力波卸載。應(yīng)變率越大,最大應(yīng)力以及最大應(yīng)變?cè)酱?但壓縮模量無(wú)明顯改變。(2)動(dòng)態(tài)變形過(guò)程:三維四向編織復(fù)合材料主要發(fā)生壓縮變形,60μs開始產(chǎn)生裂紋,隨加載進(jìn)行截面裂紋數(shù)量迅速增多,裂紋長(zhǎng)度逐漸增加直至等于紗線截面邊長(zhǎng);三維五向編織復(fù)合材料主要發(fā)生壓剪變形,80μs開始產(chǎn)生裂紋,隨加載進(jìn)行在紗線和樹脂沿45°方向發(fā)生錯(cuò)位滑移,表現(xiàn)為剪切變形,剪切損傷和裂紋數(shù)量逐漸增大,并逐漸形成剪切帶。(3)裂紋分布:編織結(jié)構(gòu)和應(yīng)變率對(duì)三維編織復(fù)合材料裂紋分布影響顯著。應(yīng)變率越大,三維四向編織復(fù)合材料纖維和樹脂界面開裂越嚴(yán)重,裂紋分布更趨均勻化,開裂形式及裂紋長(zhǎng)度無(wú)明顯變化。三維五向編織復(fù)合材料裂紋數(shù)量和剪切帶范圍均增大。(4)數(shù)值計(jì)算結(jié)果:三維四向和三維五向編織復(fù)合材料在高速?zèng)_擊加載下紗線和樹脂變形不相同,即樹脂應(yīng)變遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于紗線應(yīng)變,導(dǎo)致界面開裂。三維四向編織復(fù)合材料編織紗彎曲變形和應(yīng)力小于三維五向。三維五向編織復(fù)合材料由于存在軸紗,軸向剛度和強(qiáng)度增加,編織紗更易向無(wú)軸紗方向彎曲,產(chǎn)生剪切變形。
【圖文】：

東華大學(xué)碩士研究生畢業(yè)論文 第一章 緒論1.5 研究中存在的問(wèn)題（1）三維編織復(fù)合材料沖擊動(dòng)力學(xué)研究更多針對(duì)拉伸、壓縮等動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和斷裂機(jī)理研究，三維編織復(fù)合材料沖擊加載時(shí)動(dòng)態(tài)變形和破壞形態(tài)演化過(guò)程研究較少。（2）三維紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料裂紋研究主要集中于通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法研究復(fù)合材料裂紋起裂方式和裂紋擴(kuò)展行為，三維編織復(fù)合材料裂紋分布規(guī)律和裂紋擴(kuò)展過(guò)程尚未得到清晰表征。1.6 本文研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容見(jiàn)圖 1-1。三維四向和三維五

圖 2-2 三維五向編織預(yù)成型體攜紗器排列圖四步法 1×1 矩形編織預(yù)成型體名稱一般根據(jù)主體紗行數(shù)以及列數(shù)定義，稱為m (行) ×n (列) 矩形編織。主體紗根數(shù)：N1，邊紗根數(shù)：N2。N1=m × n；N2=m + n。三維四向編織預(yù)成型體參與編織紗線總根數(shù) N3為：N3=N1+N2；三維五向編織預(yù)成型體參與編織紗線總根數(shù) N4為：N4=N1+N2+N5，其中 N5為軸紗根數(shù)。12×12 型三維四向編織預(yù)成型體紗線總根數(shù)為 168 根；12×12 型三維五向編織預(yù)成型體編織紗和軸紗根數(shù)分別為 168 根和 84根，故紗線總根數(shù)為 252 根。圖 2-3所示為三維四向和三維五向編織預(yù)成型體示意圖，尺寸分別為：500 × 13.5 ×13.5mm，500 ×15 ×15mm。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33

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本文編號(hào)：2613514