论文摘要
2.5维机织复合材料是近年来丌发出来的一种新材料。优异的层间性能、良好的抗冲击性,给2.5维机织复合材料带来广阔的应用前景。并且它可以一次成型,完全自动化、连续化生产,提高了生产效率,降低了生产成本,进一步扩大了2.5维机织复合材料的应用领域。因此,人们越来越关注2.5维机织复合材料的发展及应用。复合材料在本质上是结构物,其性能主要由结构决定,所以研究2.5维机织复合材料的结构与性能的关系显得尤为重要。复合材料的结构即是指增强材料的细观结构,增强材料在实际使用过程中主要承受结构的主应力和次应力,鉴于2.5维机织物的结构十分特殊,织物中的纬纱基本呈直线分布,构造形式主要由经纱决定,故系统的描述结构参数与经向拉伸性能的关系,可以为工程设计选择复合材料细观结构提供直接的理论依据。本论文以2.5维机织增强材料为研究对象,采用示踪与图像处理相结合的方法,对弯交浅联做切片观测,发现经纱呈规则的正弦分布,经纱截面可视为跑道形。因此,本文基于跑道形假设建立了较为符合真实情况的几何模型,该模型能够直接用来分析结构特征参数与2.5维机织增强材料力学性能之间的关系。为进一步了解2.5维机织增强材料细观结构对其经向拉伸性能的影响,应用上述理论模型分别对纤维体积含量Vf、贯穿层数Nft、接结经纱经向取向角θb、接结经纱屈曲率q与机织增强材料经向拉伸断裂强度、经向拉伸模量的关系进行了研究。研究结果表明:当同为角联接结时,经向取向角θb相等,经向拉伸强度σtf随着贯穿层数Nft的增加而下降;当采用不同接结方式,但贯穿层数Nft相等时,经向拉伸强度σtj随着经纱屈曲率q的增加而降低;当同为正交接结时,经向拉伸强度σtj受经纱屈曲率q、经向纤维体积含量Nft的交互影响。通过设计具有代表性的四种按不同接结方式交织的机织增强材料,使用相同规格的原料（S-玻璃纤维）,相同的经密、纬密、层数进行织造。经过经向拉伸性能的测试,对实验结果进行分析,发现:同为角联接结的直交浅联和深角联相比,由于Nft较小,直交浅联的经向拉伸强度及拉伸模量优于深角联;直交浅联与弯交浅联相比,由于经纱屈曲率q的减少,直交浅联的经向拉伸强度及拉伸模量优于弯交浅联;而贯穿正交织物由于大部分经纱屈曲率q极小,经向拉伸强度及拉伸模量极为优异。实验结果验证了理论分析的正确性。本文分析了2.5维机织增强材料结构参数与经向拉伸性能之间的关系,实验和分析的结果丰富了2.5维机织复合材料的力学性能数据库,为2.5维机织复合材料的应用提供了依据。