三維機(jī)織復(fù)合材料具有結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、復(fù)雜構(gòu)件整體近凈成型、沖擊損傷容限高等優(yōu)點(diǎn),成為航空航天領(lǐng)域新材料研制關(guān)注的重點(diǎn)。近年來(lái),三維機(jī)織復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、細(xì)觀建模、性能分析等得到了快速的發(fā)展,并取得了實(shí)質(zhì)性成果。多軸向機(jī)織結(jié)構(gòu)的開發(fā),精細(xì)化建模研究,自動(dòng)化連續(xù)生產(chǎn)是三維機(jī)織復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)。本文介紹了典型的三維機(jī)織預(yù)制體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)比分析了不同預(yù)制體結(jié)構(gòu)的三維機(jī)織復(fù)合材料的準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能,回顧了三維機(jī)織復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)建模、理論分析和數(shù)值模擬等方面的研究進(jìn)展,列舉了三維機(jī)織復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的典型應(yīng)用,為三維機(jī)織復(fù)合材料應(yīng)用研究提供參考。 

【文章來(lái)源】：材料工程. 2020,48(08)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：11 頁(yè)

【部分圖文】：

三維機(jī)織復(fù)合材料剪切失效形式[15,25](a)和應(yīng)變分布(b)

理想幾何實(shí)體模型是建立在恒定的紗線橫截面形狀假設(shè)基礎(chǔ)上獲得的織物細(xì)觀結(jié)構(gòu)理想模型,如圖6所示。紗線的橫截面形狀假設(shè)為橢圓形、矩形、跑道形等,且不受紗線相互擠壓、壓實(shí)等影響,截面形狀保持不變。該模型紗線間空隙較大,僅適合于低纖維體積含量的織物預(yù)制體的建模。當(dāng)纖維體積含量較高時(shí),結(jié)構(gòu)內(nèi)部紗線產(chǎn)生擠壓,由于該模型忽略了紗線擠壓變形,就會(huì)出現(xiàn)相鄰紗線相互嵌套交叉現(xiàn)象,無(wú)法滿足性能分析需要。Isart等[26-27]提出了一種新的解析幾何模型,考慮了紗線壓實(shí)和屈曲對(duì)正交三向機(jī)織復(fù)合材料中襯經(jīng)紗和接結(jié)經(jīng)紗的截面和分布的影響。該模型采用正弦函數(shù)表示由于接結(jié)經(jīng)紗擠壓作用造成的緯紗和襯經(jīng)紗在長(zhǎng)度方向上的彎曲形態(tài),并通過(guò)特定截面的顯微圖像,結(jié)合結(jié)構(gòu)參數(shù)和幾何測(cè)量,獲得預(yù)制件內(nèi)部各紗線的幾何形狀,如圖7所示。該模型描述三維機(jī)織復(fù)合材料內(nèi)部紗線的準(zhǔn)真實(shí)幾何形態(tài),與有限元分析相結(jié)合預(yù)測(cè)復(fù)合材料的彈性性能,獲得了較好的效果。

Isart等[26-27]提出了一種新的解析幾何模型,考慮了紗線壓實(shí)和屈曲對(duì)正交三向機(jī)織復(fù)合材料中襯經(jīng)紗和接結(jié)經(jīng)紗的截面和分布的影響。該模型采用正弦函數(shù)表示由于接結(jié)經(jīng)紗擠壓作用造成的緯紗和襯經(jīng)紗在長(zhǎng)度方向上的彎曲形態(tài),并通過(guò)特定截面的顯微圖像,結(jié)合結(jié)構(gòu)參數(shù)和幾何測(cè)量,獲得預(yù)制件內(nèi)部各紗線的幾何形狀,如圖7所示。該模型描述三維機(jī)織復(fù)合材料內(nèi)部紗線的準(zhǔn)真實(shí)幾何形態(tài),與有限元分析相結(jié)合預(yù)測(cè)復(fù)合材料的彈性性能,獲得了較好的效果。將纖維假設(shè)為由一維微小的首尾連續(xù)的桿單元或梁?jiǎn)卧M成的虛擬纖維,若干根虛擬纖維組成虛擬紗線,虛擬紗線按交織規(guī)律組成松散的三維機(jī)織結(jié)構(gòu),通過(guò)施加紗線張力模擬預(yù)制體的成型過(guò)程,松散的三維機(jī)織結(jié)構(gòu)變形得到接近真實(shí)織物結(jié)構(gòu)的數(shù)字單元模型,如圖8所示[27]。當(dāng)采用梁?jiǎn)卧r(shí),由于虛擬纖維的截面比真實(shí)纖維的截面大得多,獲得的虛擬紗線有過(guò)高的抗彎剛度,因此采用彈塑性材料模型或自定義梁?jiǎn)卧獊?lái)降低紗線的彎曲剛度[28-29]。Wang等[30-32]提出采用銷釘連接的桿單元柔性鏈對(duì)纖維進(jìn)行建模,當(dāng)桿單元長(zhǎng)度接近于零時(shí),虛擬纖維接近完全柔性。Green等[29]采用梁?jiǎn)卧⒘苏蝗蚩椢镱A(yù)制體的數(shù)字單元模型,模擬了織物的壓實(shí)過(guò)程,通過(guò)與微型計(jì)算機(jī)斷層掃描(Micro-CT)重構(gòu)的織物壓實(shí)形態(tài)對(duì)比,模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)觀測(cè)具有較好的一致性,如圖9所示。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號(hào)：3089852