夾芯紡織結(jié)構(gòu)及其復(fù)合材料的研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，除了強(qiáng)度高等常規(guī)性能以外，對(duì)材料也提出了許多新要求，其中包括重量輕、剛度大、能量吸收性能好、耐沖擊破壞等性能。根據(jù)以往對(duì)聚合體泡沫、蜂窩結(jié)構(gòu)、金屬環(huán)型系統(tǒng)、木材等的研究發(fā)現(xiàn)，空芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料內(nèi)部含有大量的空間，表現(xiàn)出特有的高能量吸收能力。另一方面，紡織結(jié)構(gòu)是由特定方向排列的低密度纖維集合體組成，它們很容易變形達(dá)到所需結(jié)構(gòu)。由此可見，結(jié)合紡織結(jié)構(gòu)和空芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的優(yōu)越性能，采用合適的材料體系、纖維排列方式、加工技術(shù)和

2、空芯結(jié)構(gòu)幾何模型可以生產(chǎn)出以其作為芯材的理想的符合能量吸收要求的輕質(zhì)、隔音隔熱效果好的夾芯紡織結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料。
　　 目前國(guó)外對(duì)夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的研究已經(jīng)作了比較多的工作，而國(guó)內(nèi)在這方面的研究則較少，仍處于起步階段；極大多數(shù)的研究工作都是針對(duì)層合夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料進(jìn)行的，這種通過(guò)粘結(jié)方式而成的層合夾芯結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在受力時(shí)，面板與夾芯部分之間容易脫離而破壞，從而影響材料的抗沖擊性能，研究并開發(fā)整體夾芯紡織結(jié)構(gòu)勢(shì)在必行。
　　

3、 三維整體夾芯機(jī)織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)上較其他各種2D、3D復(fù)合材料更為復(fù)雜，也就導(dǎo)致在研究過(guò)程中必然存在更多的難點(diǎn)，比如預(yù)制件的組織結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，預(yù)制件織造與復(fù)合材料的成型以及在沖擊過(guò)程中的破壞過(guò)程與破壞機(jī)理等。
　　 為了盡可能的解決這些問(wèn)題，論文首先以織物細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，對(duì)三維整體夾芯機(jī)織預(yù)制件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化表征。
　　 以正交接結(jié)組織為基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的三維整體夾芯機(jī)織結(jié)構(gòu)預(yù)制件的細(xì)觀結(jié)構(gòu)可用8組參數(shù)予以量化，它們分別

4、是各段接結(jié)深度，接結(jié)距離，勾結(jié)深度，三個(gè)部分的接結(jié)紗組織點(diǎn)飛數(shù)，接結(jié)段長(zhǎng)度和接結(jié)紗對(duì)數(shù)。通過(guò)改變織物的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，能夠演變出種類繁多的各種三維整體夾芯機(jī)織結(jié)構(gòu)，并且這些結(jié)構(gòu)在滿足設(shè)計(jì)要求的同時(shí)，也能滿足實(shí)際的織造要求。
　　 在以上工作的基礎(chǔ)上本文設(shè)計(jì)了一系列的具有蜂窩夾芯的3D整體夾芯機(jī)織結(jié)構(gòu)。并通過(guò)對(duì)普通二維織機(jī)的一系列改造之后完成了預(yù)制件的上機(jī)織造，最后通過(guò)真空輔助樹脂滲透的方法將其制成了復(fù)合材料板材。
　　 普

5、通的三維復(fù)合材料只存在兩個(gè)結(jié)構(gòu)相，即增強(qiáng)體與基體，本文設(shè)計(jì)的3D整體夾芯機(jī)織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料又增加了空芯體，它的存在必然對(duì)其它兩相產(chǎn)生影響，并最終影響復(fù)合材料的力學(xué)性能，接下來(lái)本文建立了預(yù)制件幾何結(jié)構(gòu)模型用于預(yù)測(cè)固化成型后復(fù)合材料纖維體積百分含量及夾芯部分的體積百分含量。為了驗(yàn)證模型的有效性及預(yù)測(cè)參數(shù)的可靠性，將計(jì)算值與實(shí)際試樣的測(cè)試值進(jìn)行了對(duì)比。
　　 為了分析復(fù)合材料的抗沖擊性能，本文主要對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行了兩種沖擊測(cè)試--準(zhǔn)靜態(tài)穿

6、透測(cè)試及落錘沖擊測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了比較與分析。研究了復(fù)合材料各結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)其抗沖擊性能的影響及沖擊過(guò)程中復(fù)合材料板材的能量吸收性能及破壞機(jī)理。
　　 最后本文對(duì)三維整體夾芯機(jī)織復(fù)合材料在準(zhǔn)靜態(tài)沖擊條件下的抗沖擊過(guò)程進(jìn)行了有限元模擬。模擬結(jié)果與上述測(cè)試結(jié)果吻合的較好，即本文提出的有限元模型是預(yù)測(cè)三維整體夾芯機(jī)織復(fù)合材料能量吸收性能的有效方法。根據(jù)此方法可以有效地模擬沖頭貫穿復(fù)合材料板材的過(guò)程，以及復(fù)合材料板材在沖擊過(guò)程中的破壞

7、形態(tài)和破壞機(jī)理。
　　 本文的創(chuàng)新點(diǎn)是：
　　 (1)通過(guò)對(duì)三維整體夾芯機(jī)織結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化表征，首次提出三維整體夾芯機(jī)織預(yù)制件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，并在改造的普通織機(jī)上實(shí)現(xiàn)了預(yù)制件的制織。
　　 (2)通過(guò)建立預(yù)制件的幾何結(jié)構(gòu)模型，預(yù)測(cè)復(fù)合材料中夾芯部分的體積百分含量。
　　 (3)建立了三維整體夾芯機(jī)織復(fù)合材料在準(zhǔn)靜態(tài)沖擊條件下的有限元分析模型，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證后用于模擬三維整體夾芯機(jī)織復(fù)合材料在準(zhǔn)靜態(tài)沖擊條