论文部分内容阅读
层层接结三维角联锁机织物中每根经纱将两层或两层以上纬纱捆绑在一起,且每层中相邻的两根经纱的屈曲状态相反,材料整体结构稳定,抗分层能力强。复合材料构件在使用过程中会由于应力和环境因素造成损伤破坏,疲劳损伤是其主要破坏形式之一。本文结合三点弯曲疲劳实验和有限元分析研究一种层层接结三维角联锁机织复合材料在三点弯曲循环应力加载下的疲劳性能。本课题的主要研究思路如下：(1)对三维角联锁机织复合材料进行三点弯曲准静态实验,得到材料的弯曲模量,失效应力和挠度。在60%、65%、70%、75%及80%的应力水平下对材料施加正弦波形式的循环载荷,进行三点弯曲疲劳实验,得到材料的疲劳寿命(S-N)曲线和材料破坏形态。(2)结合课题研究目标,选择合适的方法利用商用有限元分析软件ABAQUS建立三维角联锁机织复合材料细观结构几何模型。(3)对细观结构几何模型设置材料属性和相关边界条件,施加循环载荷,计算得到模型的应力分布及破坏区域,获得村料刚度降解结果。特别地在纱线与树脂的界面上设定初始裂纹,模拟裂纹扩展路径。(4)将实验结果与有限元结果相比较,分析三维角联锁机织复合材料三点弯曲疲劳损伤动态响应。在实验的基础上,结合有限元分析方法,得出以下结论：(1)准静态三点弯曲实验所得试件的弯曲模量(Eb)、失效应力(σult)和挠度(fult)分别为19.51GPa,160.75MPa和8.89mm。从三点弯曲疲劳实验的S-N曲线可以看出试件疲劳寿命随着应力水平的上升而下降。(2)通过有限元模拟可以看出整个材料的应力分布情况,即顶层和底层承受载荷较大,中间层承受载荷最小(3)有限元分析结果显示,三维角联锁机织复合材料的主要破坏模式是纱线断裂,主要出现在经纱上且主要集中于经纱屈曲起伏的最大曲率区域,这与实验结果一致。(4)有限元分析得山的刚度降解曲线与实验得出的曲线有相同的变化趋势,但是有限元刚度值比实验结果稍大。有限元分析结果中的裂纹扩展路径与实验结果一致,裂纹一旦出现,便会沿着经纱的路径扩展。本课题研究为抗疲劳三维角联锁机织复合材料的结构设计提供参考与支持,可扩展应用于其它种类三维纺织结构复合材料的抗疲劳设计。