【摘 要】
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三维编织技术在制备异形截面织物时有独特优势,比如制造三维编织T型梁。三维编织T型梁复合材料可以克服面板与腹板的接缝和结构方面的缺陷,在承受载荷时不易发生分层失效现象,结构上具有其他T型梁没有的优势。本文首先对三维编织预制件的微观结构进行研究,建立了编织结构与编织参数之间的关系,为后续T型梁预制件的织造工艺提供参考。采取力学实验和声发射技术研究三维编织T型梁复合材料在三点弯曲载荷下的力学性能及损伤机
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三维编织技术在制备异形截面织物时有独特优势,比如制造三维编织T型梁。三维编织T型梁复合材料可以克服面板与腹板的接缝和结构方面的缺陷,在承受载荷时不易发生分层失效现象,结构上具有其他T型梁没有的优势。本文首先对三维编织预制件的微观结构进行研究,建立了编织结构与编织参数之间的关系,为后续T型梁预制件的织造工艺提供参考。采取力学实验和声发射技术研究三维编织T型梁复合材料在三点弯曲载荷下的力学性能及损伤机理,主要工作如下:1.分析了三维编织预制件的微观结构,总结出三维编织物结构与编织工艺过程中参数之间的关系。当三维编织预制件规格一定时,携纱器数量不变,花节长度随着编织角的增加而减小;若给定编织角,花节长度随着载纱器数量的增加而减小。基于编织角与花节长度之间的关系,设计了三维编织T型梁预制件的编织角和花节长度。2.实验研究中,对20°、30°和45°三种不同编织角试样进行三点弯曲实验,研究编织角对三维编织T型梁复合材料弯曲性能的影响。三维编织T型梁复合材料在加载初期载荷-位移曲线是线性的,此时材料表现出很好的抗弯性能,基体微裂纹开始增长;随着加载进行,裂纹逐渐扩展到试样内部,树脂和纤维发生脱粘现象;在加载后期阶段,试样最终发生纤维断裂失效。三维编织T型梁复合材料的抗弯强度随编织角增大而减小,20°T型梁的弯曲强度最大。试样在受到弯曲应力作用时,纤维与树脂在面板处受到压缩破坏,在腹板处受到拉伸破坏。20°试样纤维编织方向与弯曲应力方向一致,因此弯曲强度也较大。3.声发射方面,基于声发射信号特征,提出一整套声发射信号分析方法,分别考虑单特征和多特征分析方法。声发射信号的事件计数、能量、持续时间、幅值可以很好表征材料损伤发展,能量以500-1000m V*ms为主,幅值集中在3000-6000d B,小编织角的20°编织角的T型梁损伤多集中在加载中期,在弹性阶段事件计数出现转折并快速上升。45°编织角的T型梁后期持续时间长、幅值高,说明较大编织角的T型梁损伤在加载后期出现且损伤破坏很剧烈。随后用主成分分析法对选择的6个声发射特征参数进行简化,并用模糊聚类法进行讨论,实现损伤模式识别。得出结论:经聚类分析后损伤模式主要分成三类,分别对应基体破裂、纤维基体脱粘、纤维断裂三种不同的破坏。其中基体破裂对应低频率特征,随着编织角增大,声发射信号中高频率高能量占比也增多。
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