機織針織混編復合材料簡化結(jié)構模型及沖擊拉伸有限元模擬.pdf

1、機織針織混編(Co-Woven-Knitted，以下簡稱CWK)復合材料是一種由CWK織物增強樹脂形成的新型三維紡織結(jié)構復合材料。CWK織物由經(jīng)緯紗及針織紗組成，即將經(jīng)緯紗在編織過程中同時插入緯編針織物形成特殊的機織針織共存結(jié)構，其具有機織物的結(jié)構穩(wěn)定性與針織物的適型性。經(jīng)緯紗可以準確控制復合材料的各向異性程度，提高纖維體積含量，增大織物拉伸強度、剛度以及能量吸收性能。本文基于CWK復合材料結(jié)構特點，著重建立簡化結(jié)構模型研究CWK復合材

2、料沖擊抗拉伸性能與破壞機理。主要內(nèi)容包括CWK復合材料沖擊拉伸性能測試、簡化結(jié)構模型建立、復合材料沖擊拉伸過程有限元模擬。
　　 (1)在MTS(MaterialsTestingSystem)材料測試系統(tǒng)與分離式霍普金森拉桿（HopkinsonTensionHopkinson，以下簡稱SHTB）裝置上分別進行準靜態(tài)測試與動態(tài)沖擊拉伸試驗。通過測試，得出材料在沖擊載荷下的應力-應變曲線，分析材料的拉伸剛度、斷裂強度以及破壞形態(tài)。C

3、WK復合材料在準靜態(tài)拉伸條件下破壞模式為纖維斷裂和基體剪切破壞，在高速沖擊條件下為纖維抽拔失效。
　　 (2)運用有限元軟件ABAQUS進行數(shù)值計算。由于CWK復合材料結(jié)構復雜，在同一模型中呈現(xiàn)經(jīng)緯紗以及針織紗難度較大。與經(jīng)緯紗相比，針織紗幾何路徑復雜，在紗線層面建立微觀結(jié)構比較困難;針織紗線幾何結(jié)構不規(guī)則，有限元劃分網(wǎng)格數(shù)量較多，有限元計算時間過長且容易出錯。為了便于有限元計算，將針織紗線簡化到樹脂中，形成簡化模型計算CWK復

4、合材料的沖擊拉伸性能，即將針織紗力學性能強化到樹脂中，形成針織復合材料且作為等效樹脂，并計算等效樹脂的剛度矩陣;將等效樹脂與機織紗線作為機織復合材料，結(jié)合等效樹脂和機織紗性能，模擬CWK復合材料沖擊拉伸過程。
　　 (3)比較試驗結(jié)果與模擬結(jié)果。試驗應力-時間曲線與有限元計算應力-時間曲線具有較高的吻合性;有限元破壞形態(tài)與試驗破壞形態(tài)相似，簡化模型能很好地預測混編復合材料的沖擊拉伸性能，對設計其他混編復合材料具有一定的應用價值。