整体中空层连复合材料结构与性能的研究

论文摘要

整体中空层连织物复合材料作为一种新型的三维机织夹层复合材料,具有良好的整体性能,在航空、航天、船舶、汽车、建筑、化工及其它领域有着广泛的应用空间。因此,对该种材料丌展理论和实验研究也就显得极为重要。本文研究了整体中空层连织物复合材料的结构设计、织造工艺以及细观几何结构,建立了该种材料的力学模型,对其力学性能进行了分析预测。并且通过实验将材料与传统蜂窝层板材料进行对比。本课题首先从纺织预成型件的结构与织造工艺入手,采用改造的单剑杆织机,双送经轴积极式送经,并创新设计“逆向交织”成芯方法,使纺织预成型件在空问成“8”字形走势的接结经纱将上下面板连接为一整体结构。从而达到轻质高强目的,克服传统蜂窝层板等的分层弱点。其次分析了中空织物细观几何结构,得到最小单元以及各项织物几何参数,包括面板与芯材两部分的纤维几何参数及纤维体积含量。并根据计算其复合材料弹性性能有关的各弹性常数来进行力学性能有限元分析。建立有限元分析模型(即Ansys模型),对‘8’字形整体中空夹层复合材料结构的弯曲刚度、平拉性能、平压强度、侧拉强度以及侧压性能进行了预测。最后本课题对整体中空层连织物复合材料与传统蜂窝材料力学性能进行了实验研究,包括拉伸、压缩、弯曲、剪切以及低速冲击实验内容。实验结果显示,整体中空层连织物复合材料拉伸、弯曲与剪切性能都高于蜂窝材料,而压缩性能与蜂窝材料相差不大,以此说明整体中空层连织物复合材料可替代蜂窝材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.1.1 纺织结构复合材料的应用与发展
• 1.1.2 整体中空层连织物复合材料形成
• 1.1.3 整体中空层连织物复合材料的研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 有关三维机织复合材料纺织预成型件的研究
• 1.2.2 有关三维机织复合材料力学性能的研究
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第二章 整体中空层连复合材料结构特点与应用
• 2.1 三维机织物复合材料
• 2.1.1 三维纺织预成形件的制备技术
• 2.1.2 三维机织复合材料的特点及应用
• 2.2 整体中空层连织物复合材料
• 2.2.1 中空织物结构设计
• 2.2.2 中空织物织造技术
• 2.2.3 中空织物复合材料复合工艺
• 2.3 整体中空层连织物复合材料特点及应用
• 第三章 整体中空层连织物复合材料分析力学基础
• 3.1 整体中空层连织物的细观几何结构
• 3.1.1 最小结构单元的建立
• 3.1.2 中空织物几何参数
• 3.1.3 纤维体积含量的确定
• 3.2 整体中空层连织物复合材料弹性常数的确定
• 3.2.1 基本假设与分析流程
• 3.2.2 工程弹性常数表示的本构关系
• 3.2.3 总体刚度矩阵
• 3.3 小结
• 第四章 整体中空层连织物复合材料有限元分析
• 4.1 有限元法
• 4.1.1 有限元法概述
• 4.1.2 Ansys 软件介绍
• 4.1.3 Ansys 建模
• 4.2 整体中空层连织物复合材料弯曲刚度分析
• 4.2.1 整体中空层连织物弯曲性能理论受力分析
• 4.2.2 整体中空层连织物弯曲性能有限元分析
• 4.3 拉伸、压缩以及剪切性能分析
• 4.3.1 平拉有限元模型分析
• 4.3.2 侧拉有限元模型分析
• 4.3.3 平压有限元模型分析
• 4.3.4 侧压有限元模型分析
• 4.3.5 剪切有限元模型分析
• 4.4 小结
• 第五章 实验研究
• 5.1 实验内容及方法
• 5.1.1 平拉实验
• 5.1.2 侧拉实验
• 5.1.3 平压实验
• 5.1.4 侧压实验
• 5.1.5 双层剪切实验
• 5.1.6 四点弯曲实验
• 5.1.7 低速冲击实验
• 5.2 基本力学性能实验研究
• 5.2.1 平压、平拉性能
• 5.2.2 侧拉性能
• 5.2.3 侧压性能
• 5.2.4 剪切性能
• 5.2.5 弯曲性能
• 5.2.6 低速冲击性能
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文