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织物复合材料由于其优异的性能被广泛用于航天航空、工业、民用等领域。但织物复合材料结构制品在工程应用中受到低速冲击后,会出现脱层、凹陷等损伤,严重时可能完全丧失承载能力;另外,在一些复合材料结构的使用过程中,其冲击作用下的动态响应也会对制品的使用性能产生较大影响。目前解决以上问题比较先进的方法是在复合材料中内植入形状记忆合金,从而改善复合材料的抗冲击性能。本文主要对以下几个方面进行了研究:
1、结合一维Brinson模型对Ni-Ti超弹丝的拉伸-回复过程的应力-应变曲线进行了参数化建模,结合实验测得的相变温度拟合出了模型中的参数值,推导出了Ni-Ti超弹丝在20℃下的一次拉伸-回复周期内耗能量与应变量之间的关系公式:Edssp=2.1868,实现了对Ni-Ti超弹丝的耗能特性预测。
2、采用99tex的玻璃纱线为原料,在小样织机上织造角连锁织物,并用直径为0.2mm的Ni-Ti超弹丝替代了角连锁织物中的部分经线。通过实验分析,得到了合适的织造工艺参数。织造过程中,须在Ni-Ti超弹丝两端悬挂20N的重物使其产生预应变。在复合材料的制备上,鉴于常规环氧树脂脆性较强,设计了一种韧性较好的树脂配方并通过均匀设计得到了树脂配方混合比例,采用模压工艺制备了耐冲击的复合材料。
3、采用落球冲击实验系统研究了织入Ni-Ti超弹丝的复合材料的抗冲击性能:通过光栅传感器测出钢球冲击复合材料板表面的冲击速度和反弹速度,得到复合材料的吸能特性;使用加速度传感器测得复合材料板在冲击下的动态响应。结合复合材料的吸能特性以及冲击下动态响应特性,研究了Ni-Ti超弹丝对改善复合材料冲击性能的作用以及不同的织物组织对Ni-Ti超弹丝这种作用的影响。发现Ni-Ti超弹丝织入复合材料后,复合材料的能量吸收性能和振动性能得到了显著改善。