多軸向經(jīng)編復合材料(MWKC),是纖維增強復合材料的重要類型之一,近年來受到了越來越廣泛的關(guān)注。其增強結(jié)構(gòu)——多軸向經(jīng)編織物(MWK)是典型的無屈曲結(jié)構(gòu),紗層軸向?qū)ΨQ,取向性強,可設計性強。由于其紗層無交結(jié),因此,與傳統(tǒng)機織或編織復合材料相比,極大程度地避免了紗線交結(jié)部位的樹脂聚集區(qū)的出現(xiàn),同時,MWK具有良好的樹脂導流性和浸潤性,成型性能優(yōu)異,可制備超薄、超厚的平面或曲面復合材料。在多軸向經(jīng)編復合材料的實際生產(chǎn)、裝配、運輸、使用和維修過程中,通常會不可避免地遇到例如工具掉落、碎石飛濺、接觸撞擊等低速沖擊事件。而且,該材料在實際應用領(lǐng)域里多以曲面部件的形式存在。因此,研究多軸向經(jīng)編曲面復合材料在低速率沖擊作用下的損傷機理具有較強的現(xiàn)實意義,同時也是本課題的研究重點。課題通過實驗分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,采用準靜態(tài)沖擊性能和低速沖擊性能協(xié)同研究的方式,揭示多軸向經(jīng)編曲面復合材料的低速沖擊損傷機理。從增強結(jié)構(gòu)性能、復合材料性能和應用驗證實例等多個方面對多軸向經(jīng)編曲面復合材料的低速沖擊性能進行全面而深入的探究。(1)本課題對多軸向經(jīng)編增強結(jié)構(gòu)的拉伸和撕裂性能進行測試,并分析捆綁紗和軸向紗兩個紗線系統(tǒng)在受力之后出現(xiàn)的位移和損傷。研究表明,MWK主要的失效形式表現(xiàn)為:捆綁紗斷裂、絲束斷裂、紗層或絲束位移。由于捆綁紗的編織方向與0o紗層一致,在其斷裂之前,通常與0o軸向紗層共同承載應力,但因其紗線強度低于軸向絲束,導致捆綁紗通常先于軸向絲束斷裂,失去對軸向紗的約束,為絲束的位移制造條件。在拉伸和撕裂測試中,紗層中的絲束通過位移改變各軸向間的夾角,以實現(xiàn)其力學貢獻。對于多軸向經(jīng)編增強結(jié)構(gòu)的研究,為后續(xù)的多軸向經(jīng)編曲面復合材料的低速沖擊損傷機理分析奠定了一定的基礎。(2)采用準靜態(tài)沖擊和低速沖擊相結(jié)合的研究方式,對不同曲率和不同鋪層結(jié)構(gòu)的多軸向經(jīng)編曲面復合材料的破壞形式和損傷演化進行研究。通過總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)該材料的主要損傷形式包括:基體開裂、紗線斷裂、纖維抽拔、層間分層和絲束脫粘等。同時,把“階段分析法”引入到多軸向經(jīng)編曲面復合材料的低速沖擊性能分析中,將損傷過程分為三個主要階段,探討材料的損傷形式和損傷演化過程,分析曲率與材料強度、材料剛度等重要性能之間的關(guān)系,并揭示鋪層結(jié)構(gòu)與材料內(nèi)部應力傳播、破壞形式和能量吸收之間的聯(lián)系。此外,還針對多軸向經(jīng)編曲面復合材料的準靜態(tài)和低速沖擊過程進行數(shù)值模擬,通過分析,討論該類材料在受到準靜態(tài)和低速沖擊時的應力分布和能量吸收性能,通過實驗與模擬相結(jié)合,對該材料進行力學性能評價,為該類材料的應用提供理論依據(jù)。(3)將本研究中的Curvature C(kC)曲率應用在乘用車車門的沖擊區(qū)域設計中,進行幾何建模,并將多軸向經(jīng)編曲面復合材料的材料屬性定義于車門模型上,對車門的低速碰撞進行有限元模擬,另外,將傳統(tǒng)SAPH440鋼車門的低速碰撞性能作為對比項,分析多軸向經(jīng)編曲面復合材料車門的優(yōu)勢,從應力分布、車門侵入量、侵入速度和車門內(nèi)能等多個角度分析兩種車門的性能,并從保護車內(nèi)成員安全和節(jié)能環(huán)保等方面進行對比,揭示多軸向經(jīng)編曲面復合材料在車門殼體應用中的特點與優(yōu)勢,對多軸向經(jīng)編曲面復合材料低速沖擊性能的研究進行有效的模擬驗證。通過對多軸向經(jīng)編曲面復合材料低速沖擊性能進行系統(tǒng)且全面的測試、模擬和分析和驗證,為該材料應用領(lǐng)域的拓展和細化奠定了良好的理論基礎。
【學位單位】：江南大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TB332
【部分圖文】：

兩個紗線系統(tǒng)組成。其絲束沿經(jīng)向（0o），斜排列，形成不同取向的紗層，這樣的鋪紗方[81]，可使紗線的性能發(fā)揮達到 90 %[82]。同固，有效防止絲束滑移[83, 84, 85]，并增強了織等性能研究，是評價該織物力學性能的重要方向的拉伸和剪切作用下，應力的傳播路徑綁紗在此過程中的變形、位移和損傷規(guī)律，多軸向經(jīng)編復合材料（MWKC）的研究奠定2.2 多軸向經(jīng)編織物（MWK）結(jié)構(gòu)本課題采用的多軸向經(jīng)編織物在江蘇Multiaxial-2-CH 多軸向經(jīng)編機織造而成，原參數(shù)見表 2-1，其鋪層方向為[0o/+45o/90o/-4分別顯示了 MWK 織物的實物圖和結(jié)構(gòu)示意

有效拉伸區(qū)域在 150 mm 25 mm 范圍內(nèi)。拉測試機上進行。250 mm150 mm圖 2-3 拉伸測試樣片規(guī)格示意圖Figure 2-3 Sketch map of experimental specimen for tensio Keyence 高速攝像機記錄，并從錄像中按照時間程中的變形情況。拉伸速度為 50 mm/min。樣片端在上夾頭的固定下以定速向上移動拉伸。為全面中，沿經(jīng)向（0o）、緯向（90o）和斜向（45o）三示。

江南大學博士學位論文編曲面復合材料。.3 多軸向經(jīng)編曲面復合材料準靜態(tài)沖擊實驗研究.3.1 準靜態(tài)沖擊測試準靜態(tài)沖擊測試參考 ASTM D6264-98 標準，在 SHIMADZU AG-250kNE 萬能試驗上完成（見圖 3-3）。試樣尺寸為 75 mm×75 mm；在試樣兩側(cè)由鋼片通過四顆螺栓固于放置于長度、寬度、厚度分別為 200 mm、38 mm、和 3 mm 的托板上，托板中央預直徑為 30 mm 的孔；沖頭為半球形，直徑 12.7 mm；沖頭從曲面最高點沿與托板垂直方向向下沖擊，沖擊速度為 0.508 mm/s。實驗樣品設計三種曲率、兩種鋪層結(jié)構(gòu)共六規(guī)格的材料，為保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性，每個規(guī)格分別測試 10 個樣品，試樣基本參見表 3-2（材料厚度按照平均值取值），實驗試樣的完整參數(shù)見附表 1-6。

【參考文獻】

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1 謝茂青;王雷剛;;車門內(nèi)板側(cè)面碰撞的耐撞性有限元分析與輕量化設計[J];長春工程學院學報(自然科學版);2016年03期

2 武和全;毛鴻鋒;曹立波;;汽車側(cè)面碰撞車門可靠性優(yōu)化設計[J];公路交通科技;2016年08期

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4 張丹丹;孫耀寧;王雅;;多軸向玻璃纖維增強樹脂基復合材料的破壞特性和損傷機制[J];復合材料學報;2017年02期

5 喬維高;張良安;涂進進;;轎車車門側(cè)面碰撞有限元仿真及優(yōu)化研究[J];武漢理工大學學報(交通科學與工程版);2016年02期

6 吳盼;閻建華;俞建勇;顧海麟;;碳纖/環(huán)氧復合材料層合板低速沖擊損傷機理研究[J];玻璃鋼/復合材料;2016年03期

7 唐濤;張維剛;陳鼎;張文強;;側(cè)面柱碰撞條件下轎車車門抗撞性優(yōu)化設計[J];中國機械工程;2016年02期

8 劉雅芳;董萬鵬;饒輪;;基于LS-DYNA的6082鋁合金車門防撞桿輕量化設計與碰撞性能分析[J];上海工程技術(shù)大學學報;2015年04期

9 張麗哲;;玻璃纖維多軸向經(jīng)編復合材料的制備及拉伸性能研究[J];產(chǎn)業(yè)用紡織品;2015年12期

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6 屈泉;高性能纖維多軸向經(jīng)編針織復合材料力學性能的研究[D];東華大學;2004年

本文編號：2817035