减纱工艺对三维整体编织复合材料细观结构和力学性能的影响

来源 :天津工业大学 | 被引量 : 14次 | 上传用户:wrothnpc
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三维整体编织复合材料是近年来迅速发展起来的一种高性能复合材料。三维整体编织的主要优点是所编成的预制件可以达到任何厚度,多种形状,而且不分层。应用三维整体编织技术可以直接生产形状不同的异型预制件,如规则截面的“T”型件、工字梁,沿编织方向变截面的等壁厚的圆锥形试件等。而对于变截面预制件一般要采用增减纱工艺来实现截面的均匀变化,但在实际生产中三维异型整体编织技术仍存在着编织理论滞后于实践的问题,尤其涉及到需要增减纱线数量的构件编织,缺乏对减纱原理的分析和工艺参数的推导。在实际生产中可通过不断的实验达到最终预制件外形尺寸的要求,但这会造成对原材料、时间和人力不必要的浪费,而且得到的预制件的性能不稳定。 本文中从减纱的原因入手,首次研究分析了三维整体编织预制件的减纱原理,即在保证编织过程按照四步法运动规律的前提下,通过减纱达到预制件最终的外形尺寸。因此这就必须遵循以下两个原则:一.保证具有连续的可编织性;二.尽量保证预制件结构变化均匀性。同时,研究了具体的减纱工艺,并采用减纱工艺编织了沿轴向变截面的预制件,通过减纱工艺可以达到预制件整体一次成型。 本文中对减纱后四步法1X1三维整体编织复合材料预制件的细观结构进行了分析,分析的方法采用的是Wang等提出的拓扑分析方法。通过对预制件的细观结构的研究,得到减纱后通过减纱截面纱线的运动走向和规律;并推导了减纱前后三维整体编织复合材料纤维体积含量的变化,为今后进一步研究减纱工艺的编织参数和结构参数奠定了基础。 最后本文对减纱前后三维整体编织复合材料的拉伸性能进行研究。主要从拉伸强度、初始模量两个方面对规则截面的复合材料和沿轴向变截面的复合材料进行了定量的对比分析,结果表明减纱对复合材料的拉伸强度影响不大;主要体现在对拉伸模量的影响上,编织角为30°的三维整体编织复合材料减纱后力学性能中拉伸模量减小,从而刚度减小。而对于编织角为13°的三维编织复合材料,拉伸模量有所增加。 通过对三维整体编织预制件的细观结构的研究和对减纱前后复合材料拉伸性能的对比分析,为将三维整体编织技术应用于编织变截面异型构件的预制件奠定了基础。
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