圆型编织复合材料结构及弹性性能分析
三维编织复合材料细观结构的几何学分析
三维编织复合材料细观结构的几何学分析
三维编织复合材料细观结构的几何学分析，是指对三维编织复合材料细观结构进行几何学分析，以求解物理性能。
三维编织复合材料细观结构是指在三维编织中，由各种原料(如玻璃纤维、碳纤维、聚酯纤维、陶瓷纤维等)和基体材料(如聚氨酯树脂、环氧树脂等)组成的复合结构。
通过几何学分析，可以了解复合材料细观结构中纤维的布置方式、纤维的形状特征以及纤维与基体材料之间的相互作用关系等，为复合材料的性能预测提供重要信息。
它可以用来估算三维编织复合材料的力学性能，如拉伸强度、抗弯强度、抗压强度、拉伸模量、抗弯模量和抗压模量等。
此外，几何学分析还可以用来对复合材料的热物理性能进行预测，如热膨胀系数、热导率、热容量、热阻和热损失等。
以上信息有助于研究人员了解复合材料在多种环境条件下的行为和性能，为设计更先进和更高性能的复合材料提供参考。
编织复合材料弹性性能的细观力学模型
编织复合材料弹性性能的细观力学模型1)1)国家自然科学基金和航空科学基金资助项目. 1996205220收到第一稿,1996211228收到修改稿.燕 瑛(北京航空航天大学飞行器设计与应用力学系,北京100083)摘要 提出了编织复合材料弹性性能分析的细观力学模型,这个力学模型考虑了实际编织结构中的纬向和经向纤维束的曲屈,相邻纤维束之间的间隙和纤维束的横截面尺寸对编织复合材料弹性性能的影响,并探讨了在纤维束间纯树脂区内孔隙的含量和两种叠层结构对材料弹性性能的影响.理论计算结果与实测值的比较,表明所提出的细观力学模型是合理的.根据理论分析的结果,提出了优化单层和叠层编织结构的结构参数选择方法.关键词 编织复合材料,弹性性能,纤维束的曲屈,结构参数引 言与单向纤维增强的复合材料层合板相比,编织复合材料层板一方面对改进层间、层内强度和损伤容限等方面具有巨大潜力,另一方面,由于它更易于成型,减轻了因铺层所带来的繁琐劳动,制造费用较低,因此具有更强的竞争性.编织复合材料的弹性性能和强度取决于织物的细观结构,采用细观力学的分析方法,预测编织复合材料的细观结构形式对其宏观性能的影响,是实现其性能优化的重要基础.从公开发表的论文看,国内外学术界对编织复合材料细观力学的研究还较少,所提出的分析模型从根本上分为应用层合板理论和有限元分析法[1,2].Ishikawa 和Chou 提出了3个模型来分析编织复合材料,它们是镶嵌模型[3]、纤维曲屈模型[3]和桥式模型[4].这些模型的基本假设是经典层合板理论适用于编织复合材料单层的每一个极微小的基本单元上,因此这些模型被称为层合板理论模型.镶嵌模型和纤维曲屈模型把织物细观结构看成一条一维的织物带,因此不能代表真实的织物结构.为分析缎纹织物结构复合材料的单层所提出的桥式模型,仅仅在受载方向上考虑了纤维束的曲屈和连续性,忽略了垂直载荷方向上纤维束的曲屈对材料性能的影响.Naik 和G anesh 所提出的二维模型[5]是对纤维曲屈模型的发展,考虑了织物结构的二维性和织物结构中存在的间隙,并探讨了织物几何参数对材料面内弹性模量的影响,但此二维模型的应用局限在平纹织物复合材料分析上.Ishikawa 和Chou [3]将有限元理论应用到二维和三维镶嵌模型和纤维曲屈模型中.White 2comb [6]采用三维有限元分析平纹织物复合材料,他研究了纤维束的波纹度对弹性模量、泊松比和应变分布的影响.Zhang 和Harding [7]在假设织物结构单向直波纹情况下,根据应变能等效原理,利用有限元分析方法,给出了一组平纹织物复合材料单层弹性常数的估算结果.本文中所提出的二维波纹细观力学模型在以下这些方面比前面所提到的模型有所改进:(1)这个模型建立了编织复合材料弹性常数随织物结构参数———纤维束曲屈率和相邻纤维束间间第29卷第4期力 学 学 报Vol.29,No.41997年7月ACTA MECHAN ICA SIN ICA J uly ,1997隙的变化关系;(2)考虑了沿纬向和经向纤维束波纹对复合材料弹性性能的影响;(3)探讨了纤维束之间的间隙、层合结构状态和纯树脂区内孔隙的含量对编织复合材料弹性性能的影响.1二维波纹细观力学模型1.1细观几何结构为了便于掌握编织复合材料的力学性能,首先应确定一个用于力学分析的结构体积代表元素.合理地建立编织复合材料力学模型的一个重要方面是建立一个合理的几何构造来描述编织复合材料的细观结构,这里根据编织复合材料的显微照片来确定它的细观几何结构.图1是一典型的T 2300碳纤维平纹织物/环氧树脂复合材料的横截面显微照片.从图中可以看出其细观结构的复杂性.纤维束由于编织形式而纵横交错、波纹起伏,纤维束横截面呈椭圆形,并且展平填满大部分空间,很少量的纯树脂区存在.整个复合材料从体积上由三个区域所组成:浸有树脂的纬向和经向纤维束、纯树脂和孔隙.图1 碳纤维平纹织物/环氧树脂复合材料横截面显微照片Fig.1 Photomicrograph of a section of plain weave carbon fabric/epoxy composite 图2给出了根据显微照片所确定的编织复合材料的体积代表元素.纤维束的宽度和厚度分别用wy 和ty 表示,两相邻纤维束之间间隙用gy 表示,沿x 和y 方向的几何尺寸相等.设x 和y 方向分别为纬向和经向纤维束的方向.纤维束上下波动的几何性可以它的中心线来描述,纬向纤维束的中心线在xz面内的波动图2 编织复合材料的体积代表元素Fig.2 Volume representative element for a woven com posite034力 学 学 报1997 年 第 29 卷以下面的函数表示(图3)z =ty 2sin πxw y +gy (1)其中ty 2和2(w y +gy )分别是波动纤维束的幅度和波长.图3纤维束中心线波动示意图Fig.3The sinusoidal centre line of the yarn 纤维束中心线上某点的切线与x 轴之间的夹角θ是x 的函数tan θ=d z d x =πty 2(w y +gy )cos πx w y +gy =δcos πx w y +gy(2)其中δ=πty/[2(w y +gy )]定义为纤维束波纹度.θmax =cot πty2(w y +gy )(3)在x 与x +d x 之间纤维束的长度ds 可由下式求出d s =d x 2+d z 2=d x 1+c cos 2πxw y +gypr 其中c =πty2(w y +gy )292=δ2(4)在x =0和2(w y +gy )之间曲屈的纤维总长s 可由积分获得s 2(w y +gy )=1+2κ28曲屈+13κ28面内2+90κ28ou 3+644κ284+4708.5κ28影响5+ (5)其中κ2=c1+c (6)根据体积代表元素的几何形状,浸脂纤维束的体积含量由下式确定V y =π(w y )s8(gy +w y )2(7)134第4期燕 瑛:编织复合材料弹性性能的细观力学模型浸脂纤维束是由体积含量为V t f 的纤维束和树脂组成,因此纤维的体积含量为V f =V y V t f (8)根据纤维束曲屈率的定义[8],曲屈率由下式表示CF =s -2(w y +gy )2(w y +gy )(9)1.2应力2应变的关系纵向、横向纤维束和树脂的线性本构关系为σL x σL yy =Q L x xQ L xy Q L xy Q L yy y εx εy y (, σT x σT yy =Q T x x Q T xy Q T xy Q T yy 2εx εy 2πσm x σm y=Q m x xQ m xy Q m xy Q m yy 和2w y εx εy s (10)其中L ,T 和m 分别表示纵向、横向纤维束和树脂.使用矢量转换式,建立偏轴刚度系数和正轴刚度系数的关系Q L x x =Q 11cos 4θx +2(Q 12+2Q 66)cos 2θx sin 2θx +Q 22sin 4θxQ L xy =Q 12cos 2θx +Q 23sin 2θxQ L yy =Q 22Q T x x =Q 22Q T xy =Q 12cos 2θy +Q 23sin 2θy Q T yy =Q 11cos 4θy +2(Q 12+2Q 66)cos 2θy sin 2θy +Q 22sin 4θy 65(11)式中θy 是横向纤维束中线上某点的切线与y 轴的夹角,它的计算方法与公式(2)相似.1.2.1同相状态从图1的光学显微照片可以看出,各织物层间相互错位,无一定组成规律.图4(a )给出织物叠层构造的极限情况,各层之间处于同相状态,因为织物层的排列具有重复性,仅需分析一层的性能,认为垂直于载荷方向的截面保持不变形,因此应变由下式表示εx =εx (x ),εy =εy (y )(12)234力 学 学 报1997 年 第 29 卷这时应力2应变关系由下式表示σLx(x,y)σTx(x,y)σmx (x,y)维束=Q L x x Q L xy Q T x x Q T xy Q m x x Q m xyσεx(x)ε2σLy(x,y)σTy(x,y)σmy(x,y)=Q L xy Q L yyQ T xy Q T yyQ m xy Q m yyε1εy(y)(13)式中ε1和ε2分别表示在体积代表元素内εx(x)和εy(y)的平均值,因此沿x方向作用在横截面上的力为F1(x)=A T(x)σT x(x)+A L(x)σL x(x)+A m(x)σm x(x)(14)式中A T和A L分别是横向和纵向纤维束的横截面积,它们的数值可近似由下式表示A L=π8tyw yA T=1+14δ2x1-2xw ys2x 1/2ty(w y+gy), -w y/2ΦxΦw y/2(15)A m为树脂所占的横截面积.根据公式(11),(13)和(14),作用在x方向上的力可表示为F1=α1(x)εx(x)+α2(x)ε2(16)由对称性,作用在y方向上的力为F2=α2(y)ε1+α1(y)εy(y)(17)式中系数α1(x)和α2(x)为α1(x)=2ty(w y+gy)1+14δ2()1-2xw y方法211/2Q22+ π2tyw y(Q11cos3θx+2(Q12+2Q66)cosθx sin2θx+Q22sin4θx cos-1θx)+ ηQ m11ty4(w y+gy)-π2w ycos-1θx-2(w y+gy)1+14δ2建议1-2xw y件(21/2α2(x)=2ty(w y+gy)1+14δ2121-2xw y21/2Q12+12δ2Q23++ π2tyw y(Q12cosθx+Q23sin2θx cos-1θx)+ ηQ m12ty4(w y+gy)-π2w ycos-1θx-2(w y+gy)1+14δ2ua1-2xw y……2……1/2(18)334第4期燕 瑛:编织复合材料弹性性能的细观力学模型式中0ΦηΦ1是一个反映纤维束间树脂含量的系数,当η=0意味着纯树脂区域完全是空的,当η=1时表明区域内充满树脂.将公式(18)中的所有x 换为y 就可得到α1(y )和α2(y )的表达式.根据公式(16)和(17),在体积代表元素上的平均应变为ε1=C 11-C 22F 1-C 1C 21-C 22F 2, ε2=C 11-C 22F 2-C 1C 21-C 22F 1(19)其中C 1=12(w y +gy )∫w y +gy-(w y +gy )1α1(x )d x , C 2=12(w y +gy )∫w y +gy-(w y +gy )α2(x )α1(x )d x由公式(17),编织复合材料的弹性模量和泊松比为E x =1-C 224ty (w y +gy )C 1, νxy =C 2(20)1.2.2无规则相状态图4(b )给出了另一织物叠层的极限情况,即无规则状态.图4织物叠层结构Fig.4Fabric stacking configuration在这种状态下,假设在任意横截面上的平均刚度相等,应变是均匀的,即εx (x ,y ,z )=ε1,εy (x ,y ,z )=ε2(21)式中ε1和ε2是常数,根据公式(10)可得材料的应力,类似公式(14)可得在这种状态下力的表达式,它是x 的函数,在体积代表元素内的平均力为F 1=12(w y +gy )∫(w y +gy )-(w y +gy )F 1(x )d x (22)也可进一步写为F 1=α11ε1+α12ε2(23)式中α11=πtyw y 2Q 111-34δ2)+(Q 12+2Q 66)δ2+Q 221+14δ212Q +ηQ m 11ty 4(w y +gy )-πw y 1+14δ22os α12=πtyw y 22Q 12+12Q 23δ2+ηQ m 12ty 4(w y +gy )-πw y 1+14δ2y 14(24)434力 学 学 报1997 年 第 29 卷用类似的方法可求出作用在y 方向上的力,又因 F 1=4ty (w y +gy )σ1,F 2=4ty (w y +gy )σ2,σ1和σ2是远端作用的应力,因此编织复合材料的刚度和泊松比可表示为E x =α11(1-ν2xy )4ty (w y +gy ), νxy =α12α112结果与讨论通过对几个编织复合材料构造参数的分析确定纤维束的曲屈率、孔隙的含量对纤维体积含量、弹性模量和泊松比的影响.图5给出了纤维体积含量与纤维束曲屈率及ty/gy 比值间的关系.可以看出,对编织复合材料具有小间隙(ty/gy =10)的细观结构,纤维体积含量随着纤维束曲屈率的增大而增加,而对于具有中等间隙(ty/gy =1)和大间隙(ty/gy =0.1)的细观结构,纤维体积含量随着纤维束曲屈率的增大而减小;另一方面,图中的数据也说明了随着间隙的增加,纤维体积含量将减小,这是由于随着间隙的增大而增加了树脂所占的比例.图5纤维体积含量与纤维束曲屈率及ty/gy 比值间的关系Fig.5Variation of fibre volume fraction with yarn crimp percentage 图6给出了编织复合材料弹性模量与纤维束曲屈率及ty/gy 比值间的变化关系.可以看出,弹性模量随着纤维束曲屈率的增加而减小,具有同相叠层构造状态的编织复合材料提供了比较高的弹性性能,弹性模量随着间隙的增加而降低.这个结果与Shembekar 和Naik 所得结论相一致[9].纤维束之间的间隙的影响是两方面的,随着间隙的增大,很明显纤维的体积含量将降低,因而弹性模量也将降低;另一方面,间隙的存在将减小纤维束的曲屈程度而使弹性模量增加.从这个分析知,通过织物结构设计,选取合理的间隙值,可使弹性模量取最大值.另外,具有间隙的织物,有较好的浸润性,因而易获得较好性能的编织复合材料.图7给出了弹性模量与纤维体积含量及ty/gy 比值间的变化关系.对具有中等间隙细观结构的编织复合材料,弹性模量随纤维体积含量的增加而增大;对具有小间隙细观结构的编织复合材料,弹性模量随纤维体积含量的增加而减小.这个图说明具有中等间隙细观结构的材料比具有小间隙细观结构的材料更为合理,因为这种结构在相对低的纤维体积含量下提供同等程度高的弹性性能.图8给出了泊松比与纤维束曲屈率及ty/gy 比值间的变化关系.随着纤维束曲屈率的增534第4期燕 瑛:编织复合材料弹性性能的细观力学模型加,泊松比显著的增大,对具有中等间隙和同相叠加状态的复合材料,泊松比随纤维束曲屈率的增高而增大得极为显著.另外,随着间隙的增加,泊松比的数值有所增大.图8泊松比与纤维束曲屈率及ty/gy 比值间的关系Fig.8Variation of major Poisson ’s ratio with yarn crimp percentage (wy =2,void content =0.2)634力 学 学 报1997 年 第 29 卷 图9给出了泊松比与纤维体积含量及ty/gy 比值间的变化关系.对具有小间隙的材料,泊松比随纤维体积含量的增高而增大;而对中等间隙的编织复合材料,泊松比随纤维体积含量的增高而减小.此图进一步说明了中等间隙的编织复合材料的结构较为合理,因为在相对低的纤维体积含量下,具有同等低的泊松比.图9泊松比与纤维体积含量及ty/gy 比值间的关系Fig.9Variation of major Poisson ’s ratio with fibre volume fraction (wy =2,void content =0.2) 在同相和无规则相状态下确定的纯树脂区内孔隙的含量对复合材料刚度和泊松比的影响在表1中列出.从表中数据知,随着孔隙含量的增加(从η=1到η=0),弹性模量和泊松比都有所降低,弹性模量的变化范围在1.8%～1.9%,而泊松比的变化范围为17%.表1 树脂区内孔隙的含量对弹性模量和泊松比的影响Table 1 E ffect of void content on the elastic modulus and Poisson ’s ratio Void content Iso 2phase mode (IPM )Random 2phase mode (RPM )ηE x νxy E x νxy 061.2350.035857.880.0380.261.460.03758.10.03940.461.680.038458.330.040.661.90.039758.550.0420.862.120.04158.770.043162.350.0422590.0447V ariation (%)1.8171.917 表2给出了弹性模量和泊松比的理论预测值与实验值的比较.从表中数据可以看出预测值与实测值很接近.表2 弹性模量和泊松比的理论预测值与实验值的比较Table 2Predicted elastic modulus and Poisson ’s ratio in comparison with experimental dataE x /GPav xy E x /GPa v xy E x [10]v xy ty/gy =10IPM ty/gy =10IPM ty/gy =10RPM ty/gy =10R PM Experimental Data Experimental Dada61.460.037158.10.039461±3.60.0533结论1)通过理论计算结果与实测值的比较,证明所提出细观力学模型的正确性;2)纤维体积含量与编织几何形状有关.对纤维束之间具有小间隙的情况下,随着纤维曲734第4期燕 瑛:编织复合材料弹性性能的细观力学模型834力 学 学 报1997 年 第 29 卷屈率的增大,纤维体积含量增大;而对具有中等间隙和大间隙时,会产生相反的结果;3)复合材料叠层结构为同相状态时所具有的刚度比无规则相状态时要高些;4)纯树脂区中孔隙含量的大小对泊松比有很大的影响;5)在理论分析的基础上,提出了优化编织复合材料性能的结构参数的选择.参 考 文 献1Raju IS,Wang J T.Classical laminate theory models for woven fabric com posites.Journal of Com posites Technolo2 gy&Research,1994,16(4):289～3032Whitcomb J,Woo K,Gundapaneni S.Macro finite element for analysis of textile composites.Journal of Com pos2 ite M aterials,1994,28(7):607～6173Ishikawa T,Chou TW.One2dimensional micromechanical analysis of woven fabric composites.A IA A Journal, 1983,21:1714～17214Ishikawa T,Chou TW.Stiffness and strength behaviour of woven fabric com posites.Journal of M aterial Science, 1982,17:3211～32205Naik N K,G anesh V K.Prediction of on2axes elastic properties of plain weave fabric posites Science and Technology,1992,45:135～1526Whitcomb JD.Three2dimensional stress analysis of plain weave posite Materials:Fatigue and Fracture(Third Volume),ASTM STP1110,T K O’Brien Ed.,American S ociety for Testing and Materials, Philadelphia,1991.417～4387Zhang YC,Harding J.A numerical micromechanics analysis of the mechanical properties of a plain weave compos2 puters and S t ructures,1990,36:839～8448燕瑛,丁逸强.纺织结构复合材料强度性能的研究.北京航空航天大学学报,1996,22(6)9Naik N K,Shembekar PS.Elastic behaviour of woven fabric com posites:I2lamina analysis.Journal of Composites Materials,1992,26:2196～222510Ding YQ.Structural characterization and mechanical properties of32Dwoven composites.SAMPE,Birmingham, 1993.1～9A MICR OMECHANICAL MODE L FOR E LASTIC BEHAVIOURANALYSIS OF WOVEN FABRIC COMPOSITESY an Y ing(Instit ute of A ircraf t Design and Research,BeijingU niversity ofAeronautics and Ast ronautics,Beijing100083,China)Abstract A micromechanical model for elastic behaviour analysis of woven fabric composites is proposed in this paper.This model takes into account the actual fabric structure by considering the fibre undulation and continuity along both the warp and weft directions,the gaps between adjacent yarns and the actual cross2sec2 tional geometry of the yarn.The effect of the voids in the interyarn space and two cases of fabric stacking arrangements to the composite elastic properties have been investigated.A comparison of the resulting ana2 lytical predictions with experimental results shows that the proposed model is valid.K ey w ords woven fabric composites,elastic behaviour,fibre undulation。
织物材料的力学性能与结构分析
织物材料的力学性能与结构分析织物作为一种常见的材料，在日常生活和工业生产中广泛应用。
了解织物材料的力学性能与结构分析对于提高其品质和应用效果至关重要。
本文将详细讨论织物材料的力学性能与结构分析，并探讨其在不同领域的应用。
一、织物材料的力学性能分析1.拉伸性能织物的拉伸性能是指在受力时的变形和破坏能力。
通过对织物进行拉伸试验，可以得出其断裂强度、伸长率、断裂韧性等参数。
这些参数可以帮助我们判断织物在使用中的抗拉能力和耐久性。
2.压缩性能织物的压缩性能是指在受力时的抗压变形和恢复能力。
通过对织物进行压缩试验，可以评估其抗压性能和弹性恢复能力。
这些参数在织物在填充材料、座椅、装饰品等领域具有重要的应用价值。
3.弯曲性能织物的弯曲性能是指在受力时的抗弯变形能力。
通过对织物进行弯曲试验，可以得出其弯曲刚度和折叠性能。
这些参数对于织物在服装、窗帘、家具等领域的应用有重要意义。
4.撕裂性能织物的撕裂性能是指在受力时的抗撕裂能力。
通过对织物进行撕裂试验，可以得出其撕裂强度和撕裂延伸率。
这些参数对于织物在户外用品、工业帐篷等领域的抗撕裂要求较高的应用有重要价值。
二、织物材料的结构分析1.纤维结构纤维是织物的基本组成单位，其结构对织物的性能和质量起着至关重要的作用。
纤维的直径、长度、断面形状以及纤维间的排列方式都会影响织物的密度、强度和弹性等性能。
通过扫描电镜等仪器观察纤维的结构，可以帮助我们理解织物的性能来源和改进方向。
2.织物结构织物的结构是指纱线、经纬相互交织的方式和密度。
常见的织物结构包括平纹、斜纹、提花、缎纹等。
不同的织物结构决定了织物的外观、手感和性能特点。
通过对织物结构的研究和分析，可以指导织物的设计和开发。
3.织物表面特征织物表面的特征对于其外观和使用性能起着重要作用。
织物的表面特征包括纹理、工艺效果、染色效果等。
通过扫描电镜和表面形貌分析仪等设备对织物表面进行观察和测试，可以帮助我们评估织物的质量和外观效果。
复合材料机身结构声学特性及影响参数分析
复合材料机身结构声学特性及影响参数分析胡莹;李晨曦;林森【摘要】针对复合材料(以下简称\"复材\")结构进行声振分析,通过无限大障板理论和波动方程,分析复材平板和曲板结构的传声损失,并利用统计能量法分析壁板的隔声性能,与文献中的实验结果进行对比,验证建模的有效性.然后将复合材料机身结构等效成一个复材圆柱壳体结构,分析不同参数,包括压差、曲率半径、长度、铺层角度、纤维材料、加筋等对结构隔声性能的影响.最后与金属机身结构进行隔声性能对比,发现:在环频率与吻合效应频率之间,金属机身结构的传声损失明显大于复材机身结构,而在吻合效应频率以上频段,由于复材结构的吻合效应频率向低频移动,其传声损失好于金属机身结构.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2019(038)003【总页数】12页(P333-344)【关键词】复材结构;隔声性能;传声损失;统计能量分析【作者】胡莹;李晨曦;林森【作者单位】中国商飞上海飞机设计研究院上海 201210;中国商飞上海飞机设计研究院上海 201210;中国商飞上海飞机设计研究院上海 201210【正文语种】中文【中图分类】TB530 引言随着科技的进步和新材料的应用，民用飞机(以下简称“民机”)逐步向超大宽体、低噪声、轻量化等方向发展，大量采用高性能复合材料(以下简称“复材”)是航空航天飞行器发展的重要方向[1−2]。
其中在民机领域，复材应用发展非常迅速，如B787机身段采用全复材结构，复材用量达到50%，而A350XWB的复材用量为52%[1,3]。
先进发动机的静音技术已经使得飞机发动机噪声大幅降低，相比之下，机身气流摩擦噪声和结构振动辐射噪声已经占到飞机噪声的很大比重，而这部分噪声主要依靠机体结构来隔离。
鉴于此，复材结构将是承担着隔离大部分外部噪声(如附面层噪声、发动机风扇噪声、喷流噪声)的主要部件，且复材板壳的声学特性研究对于结构的低噪声设计具有重要的意义[4]。
复合材料结构的力学性能测试与分析
复合材料结构的力学性能测试与分析引言复合材料是由不同材料组合而成的一种新型材料，具有很多优异的机械性能，因此在航空、航天、汽车等领域得到广泛应用。
然而，复合材料的力学性能与其结构密切相关，因此对其进行力学性能测试与分析是十分关键的。
一、复合材料结构的力学性能测试方法1. 拉伸试验拉伸试验是评估复合材料材料强度和刚度的常用方法之一。
通过在拉伸机上施加一定的拉力，测量拉伸试样的应变和应力来分析材料的拉伸性能。
该方法能够得到材料的拉伸强度、弹性模量、屈服强度等参数。
2. 压缩试验压缩试验用于评估复合材料在受压状态下的抗压性能。
在压力机上施加一定的压力，测量压缩试样的应变和应力来分析材料的抗压性能。
该方法能够得到材料的压缩强度、弹性模量、破坏形态等参数。
3. 剪切试验剪切试验用于评估复合材料在受剪切状态下的抗剪性能。
通过施加剪切力，测量试样剪切区域的切应变和切应力来分析材料的抗剪切性能。
该方法能够得到材料的剪切强度、剪切模量等参数。
4. 冲击试验冲击试验用于评估复合材料在受冲击载荷下的性能表现。
通过施加冲击载荷，测量试样的冲击吸收能力和冲击强度来分析材料的抗冲击性能。
该方法能够得到材料的冲击韧性、断裂能量等参数。
二、复合材料结构力学性能分析1. 有限元分析有限元分析是一种常用的力学性能分析方法，通过将结构离散化为有限个单元，在每个单元内建立方程组，最终求解整个结构的力学行为。
通过有限元分析，可以得到复合材料结构在不同载荷条件下的应力和应变分布，并可以进行累积疲劳分析、刚度分析等。
2. 弹性力学分析弹性力学分析可以用来研究复合材料的静力响应。
通过应变-应力关系和材料的力学参数，可以计算出复合材料在受力作用下的应变和应力分布。
弹性力学分析可用于优化设计和评估复合材料结构的强度。
3. 疲劳寿命评估复合材料结构在长期受到变化载荷作用下会发生疲劳破坏。
通过进行疲劳寿命评估，可以预测结构在特定载荷下的寿命。
疲劳寿命评估可以使用实验方法和数值模拟方法，如基于有限元分析的疲劳分析。
2.5维编织复合材料的细观结构与弹性性能
ＫＥ ＹＷ ＣＩ ＲＤＳ ２ ５ ｂ ａｄ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔｓ；ｅ ｍｅｒ ｄ ｌ；ｌｓｉ ｐ ｏ ｅｔ ｓ ｍｉｒｓｒｃｕ ｅ—ｐｏ ｅ ｙｒｌｔ ｎ ｈｐ ． Ｄ ｒｉｅ ｏ ｏ ｉ ｇｏ ｔ ｃ ｍｏ ｅｓ ｅａｔ ｒｐ ｒｅ ； ｃｏｔｕ ｔｒ ｅ ｉ ｃ ｉ ｒｐ ｒ ｅａｉ ｓｉｓ ｔ ｏ
换， 每进 行一 次 经纱 位 置 变 换 ， 一 次 纬纱 ， 引 即可 实 现经、 纬纱 的 一 次 “ 织 ” 交 。根 据 设 定 的 结 构 ， 换 变 若 干次 经纱 位置 并 引 入 相应 的纬 纱 ， 以完 成一 个 可 完 整 的运动 循环 ， 编织 出一个完 整 的结构 单元 ， 复 重 以上 运 动循 环 ， 最终 可 以获 得 整 体性 能 良好 的 ２ ５ ．
１ 引 言
三维 编 织 复 合材 料 由于 具 有优 异 的断 裂 韧性 、 冲击损 伤 容 限 和抗 疲 劳 性 能 而 被 广 泛 地 研 究 ¨ Ｊ 。
２ ５维 编 织 工 艺 作 为 三 维 编 织工 艺 的重 要 分 支 ， ． 是 近 年来 发展 起来 的一 种 新 型 编织 技 术 ， 以实 现 可
ｐ ｏ ｅｔ ｓ ｐ ｅ ｉｔ ｎ ｏ ． Ｄ ｂ ａｄ ｄ ｃ ｍｐ ｓｔｓ ｗ ｒ ｉｅ ． Ｆ ｎ ｌｙ ｈ ｎ ｕ ｎ ｅ ｆｍｉ ｒ ｓ ｕ ｔ ｒ ｓ ａ ｄ ｗ ｒ ｒｗｅｔ ｒ ｐ ｒ ｅ ｒ ｄ ｃｉ ｆ２ ５ ｒ ｉｅ ｏ ｏ ｉ ｅ ｅ ｇｖ ｎ ｉ ｏ ｅ ｉ ａｌ ，ｔｅ ｉｆ ｅ ｃ ｓ ｏ ｃｏ ｔ ｃｕ ｅ ｎ ａ ｐ ｏ ｆ ｌ ｒ ｄ ｎ ｉ ｅ ｎ ｆｂ ｒｖ ｌ ｍｅ ｆａ ｔ ｎ ａ ｄ ｅａ ｔ ｒ ｐ ｒ ｅ ｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｅ ｓｔ ｓｏ ｅ ｏｕ ｒｃ ｉ ｎ ｌ ｓｉ ｐ ｏ ｅ ｉｓ ｗ ｒ ｎ ｌ ｚ ｄ，ｒ ｓ ｅ ｔ ｅｙ ｉ ｉ ｏ ｃ ｔ ｅ ｐ ｃｉ ｌ ． ｖ
新型三维编织复合材料等网格结构力学性能分析
３ ４ ５
由计算结 果分析 可得 ：
（）等 网格结 构承 受 １ １ ２吨载 荷 变形 后 ， 整体 变 形 量为 ２ ２ ｍ ． ｍ； ７ 由于等 网格 结 构所 受 载 荷 的频 率 一般 比较 低 ，
阶数
８ 巳椰 ４ｌ … … ５ ￣＋０１ ２ １ ． 矩 删 … 一 ｊ８ ＋０ … 一 ７ Ｂ 硼 ４１ ７Ｅ ８ 酗 ＋
计 算 值
１ ５． ２ １ ５
１
２
１ ６． ９ １ ２ １ ｏ． ９ ９ ０ ２ ８． １ ７１ ２ ７． ０ ８ ４
图 ２ 等 网格 结 构 Ｍｓｓ 力 云 图 ｉ 应 ｅ
复合材料 等 网格 结 构 在 计 算 的过 程 中承 载 荷 重 为 １ ２吨 ， 均匀施 加在等 网格结 构 上 端 的 １ 接 头上 ， ２个 每个 接头承 载 １ 。 吨
２ 有 限元计算 结果分 析
模 态 分 析 实 质 是 求 系 统 的 固 有 频 率 和 固有 振 型。在 工作环 境 中等网格结 构通 常会受 到动载 的作
通 过计 算可 得 到 ， 网格 结构 横 向一 阶频 率 为 等
１５ ５ Ｈ ， 向二 阶频 率 １６ ２ ； 向一 阶频 率 为 １ ．２ ｚ 横 １ ．９ 纵
（ ）整个结构承受 的最大 Ｍ ｓｓ 力为８ ．Ｍ ａ ３ ｉ 应 ｅ ０４ Ｐ ，
位 于杆件与接头 连接部 分且 远小 于材 料 的许 用 应力 ３１ ａ ３ＭＰ 。纬杆所受应力小于经 杆所受 应力 ， 各层 纬 杆 上 的应力 分 布一 致 ； 层 经杆 的应力 变 化 比较均 各
四步法三维编织复合材料力学性能的有限元分析
四步法三维编织复合材料力学性能的有限元分析本文提出了一种新的单胞模型，并采用有限元法分析了三维编织复合材料的力学性能。
本文给出了一种三维编织预制件的纱线编织结构的分析方法，得出了编织纱线的运动规律。
编织纱线由携纱器携带，沿携纱器的运动趋势线方向运动。
采用最小二乘法分段对携纱器的相关运动位置点进行拟合，得到编织过程中纱线的空间运动规律，在此基础上，获得的预制件结构的单胞模型，包含内部单胞，表面单胞和棱角单胞。
单胞的取向平行于预制件的表面。
并建立了编织工艺参数和几何结构参数的关系，通过实验验证，证明了工艺参数和几何结构参数之间关系的正确性。
本文在上述几何模型的基础上，建立了有限元的分析模型并进行数值计算来预报三维编织复合材料的弹性模量。
对于三维编织复合材料来说，其划分的单元内既含有基体材料又含有纤维束材料，而且两种材料间还存在界面。
对于这类单元难以用通常的有限元方法进行分析。
因此本文提出了一种新的离散单元模型，将细观单胞作为离散单元对三维编织复合材料进行宏观网格剖分，然后对细观单元进行分析。
根据结构单胞模型，将长方体单胞理想化为加强筋单元，即由一个各向同性弹性基体材料长方体和不同取向具有单轴刚度的纤维单元叠加而成。
并推导了加强筋单元的刚度矩阵，在给定的边界条件下，得出三维编织复合材料的模量。
通过相应软件的编制，使得只要输入相应的编织工艺参数，便可快速，及时准确的做出预报。
并进行了实验验证，预测结果和实验结果吻合较好，证实了三维编织复合材料弹性模量预报的精确性。
复合材料结构及性能评价方法的研究与开发
复合材料结构及性能评价方法的研究与开发一、引言复合材料作为结构材料，具有重量轻、强度高、刚度大、抗腐蚀、抗疲劳等优点，已被广泛应用于制造航空器、船舶、汽车、建筑、体育器材等领域。
然而，在复合材料的应用过程中，需要充分考虑其结构设计和性能评价，以确保其可靠性和安全性，在这方面取得卓越成果的公司包括波音和空客等，其成功经验值得借鉴。
二、复合材料结构设计原则1.强度选型原则复合材料的强度取决于树脂、纤维的种类、数量、方向和制品制造过程。
对于任一工程应用而言，可以通过选择适当的材料种类、数量和方向，来保证制品的强度目标的实现。
2.硬度和弹性模数选型原则复合材料的硬度和弹性模数直接影响制品的挠度、弯曲和应力等表现。
因此，需要根据制品的使用环境和应用要求，合理选择硬度和弹性模数，以达到制品的性能欲望。
3.低温/高温性能选型原则复合材料的低温/高温性能主要受树脂的热异性和纤维变形等制约。
低温显著降低树脂的硬度和弹性模数，高温则会引起树脂的软化或变形。
因此，在材料的选择和制备中，应充分考虑制品的工作环境和实际应用要求，优化硬度和弹性模数。
三、复合材料性能评价方法1.力学性能力学性能是复合材料重要的评估指标，涉及材料的强度、刚度、韧性、蠕变行为等方面。
目前，采用的测试方法包括静态拉伸试验、动态拉伸试验、拉-压杆试验、剪切试验、点胶剪切试验、压缩试验等。
2.热和热膨胀性能材料的热膨胀性能是影响制品温度响应和热应力的重要参数，其测定方法包括热膨胀试验机、热分析仪、化学热膨胀仪等。
3.燃烧性能燃烧性能评价主要考虑复合材料的燃烧性质，包括材料的燃烧特性、气体释放、毒性等方面。
评价方法包括锥形定标试验、热/冷释放试验、毒性试验等。
4.耐久性能耐久性能是评价材料抗环境损伤能力的指标，在复合材料行业中，耐久性包括了该材料在使用中的耐受性、疲劳强度、耐老化性、耐误差性等。
四、复合材料性能提升方法1.新材料研发目前市场上的复合材料多以碳纤维为主，但碳纤维比较昂贵，制件成本也相对较高，因此需要研发出具有良好性能、价格较低的新型复合材料。
2.5D编织复合材料弹性性能的分析和实验验证
深联 两种 。其 中最 为常用的为浅联 结构 ，它分为直
交 浅联和 弯交浅联 ，直交浅联是指 一组经 纱中一个 第ｎ 层经纱在长度方 向移动２ 纬纱 列 间距 同时在厚 个 度方 向上穿过ｎ 层纬纱 ，再移动２ 纬纱列 间距 同 ＋１ 个 时再 穿过ｎ 层纬纱，再移动２ 一１ 个纬纱列 间距 同时再
ＡＮＡＬ Ｉ ＹＳ ＳＡＮＤ Ｍ ｏＮＳ ＤＥ ＴＲ １ ０Ｎ ＬＡＳ Ｃ Ｐ ０Ｆ Ｅ ＴＩ Ｒ０Ｐ ＲＴＩ Ｓ Ｅ Ｅ
０Ｆ ２．Ｄ ５ ＢＲＡＩ ＤＥＤ Ｃ０Ｍ Ｐ Ｓ ＴＥＳ ０ Ｉ
Ｚ ＨＡＮＧ ｉ ｕ ｎ ， ＪＡＮＧ ｎ ， ＧＵＯ ｎ ｗｅ ＫＵＡＮＧ ｎ Ｌｑ ａ Ｉ Ｙｕ Ｈｏ ｇ ｉ， Ｎｉｇ ，ＺＨＯＵ ａ ｇ ｎ ＤＯＮＧ ｅｆｎ ２ Ｇｕ ｎ ｍｉ ｇ ， Ｗ ｉ ｇ ｅ
张立泉， ２ ５ 编织复合材料弹性性能的分析 和实验 验证 等： ． Ｄ
ｇｌ ， ａ， ＇ ｓ
１ ２ ５ 织物细观几何结构 ．Ｄ
２ ５ 织物按经 纱和 纬纱 的交联 方式分 为浅联和 ．Ｄ
近似椭 圆形状 。为 了定量描述 ２ ５ 织物细观几 何结 ．Ｄ 构 ，假设如下 ： （） 纬纱 的横截面为椭圆形； １ （） 在织物各处纱线的横截 面形状保持不变 ； ２ （） 在 同一织物 中经纬纱变形率一致 。 ３
摘 要：研究２ ５ 编织细观结构 ，分析 了其单元体模型 ，建立 了２ ５ 编织复合材料弹性 性能分析预报模型 。研 究 了２ ５ 编 ．Ｄ ．Ｄ ．Ｄ
织物 的复合成型工艺 ，制作试件并通过实验值与理论预测值 的对 比，验证 了该方法 的正确 性。
关键词：２ ５ 编织 ：复合材料 ；弹性性 能 ．Ｄ
编织复合 材料应用 获得 了飞速 发展 ，引起材 料界 的
机织针织复合结构增强复合材料的拉伸性能
作者简介: 徐艳华( 1973 ) , 女, 山东郓城人, 副教授, 博士研究 生, 研究 方向为针 织新结构 及其复合材 料性能. E m ail: x yh@ mail . dhu. edu. cn
第1期
徐艳华, 等: 机织针织复合结构增强复合材料的拉伸性能
43
在受到外力作用时, 线圈可以变形, 纱线可以滑移, 表现出较大的延伸性和较高的弹性, 适型性好, 但 结构稳定性较差. 如果将两种结构结合起来, 将会 克服单一结构的缺陷, 同时融合两种结构的特点, 形成一类机织针织复合结构( 简称 CWK 结构) , 以 满足某些领域对织物性能的特殊要求, 如复合材料 增强等. 目前, 关于这类机织针织复合结构的研究 报道较少. 文献[ 1] 研究了在针织圆纬机上编织的 机织针织复合结构. 文献[ 2 3] 研究了在针织横机上 编织的机织针织复合结构, 同时对用金属丝与 P ET 纤维共混纱编织的该种针织机织复合结 构增强材 料的电磁屏蔽性能进行了研究. 文献[ 4] 研究了在 经过改造的横机上编织的机织针织复合结构. 本文 通过实验的方法, 对文献[ 4] 所述的机织针织复合 结构增强复合材料在不同方向的拉伸性 能进行分 析与比较, 以期为该新型机织针织复合结构增强复 合材料的应用提供依据.
初始段cwk织物增强复合材料表现为较高的弹性模量这是由于在拉伸的初始阶段应变和载荷都小在拉伸方向有屈曲的增强纤维开始伸直增强纤维与树脂基体之间结合良好树脂基体起到了很好的传递载荷和保护纤维不受损伤的作用共同承担较小的载荷表现为较高的弹性模量
第 37 卷 第 1 期 2011 年 2 月
东华大学学报( 自然科学版)
2
2. 1
实验结果与分析
拉伸曲线特征分析 根据万能试验机记录 的复合材料试 样的负荷
碳纤维增强编织复合材料圆管制备及其压缩性能
碳纤维增强编织复合材料圆管制备及其压缩性能谷元慧;张典堂;贾明皓;钱坤【摘要】为进一步探究编织结构与长度对复合材料圆管压缩性能的影响,采用树脂传递模塑成型工艺复合二维编织铺层与三维四向编织圆管,通过轴向准静态压缩试验获取了4种复合材料圆管试样的压缩力学行为.结合高速摄影记录,分析了编织复合材料圆管的破坏过程及失效模式,探索其压缩失效机制.结果显示:试样均表现出弹塑性特征,但三维编织圆管呈现出更好的压缩承载特性,其压缩模量与载荷峰值分别达到5.91 GPa与14.23 kN;试样呈现出纤维断裂、基体开裂脱黏、瓣状破坏、剪切以及挤压屈曲等破坏模式中的几种或全部的组合;二维编织复合材料圆管的渐进失效特征更为明显,具有较好的吸能特性,且其压缩模量随管件长度的增加而有所提升,但是吸能效果与试样长度呈非线性关系.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2019(040)007【总页数】7页(P71-77)【关键词】树脂传递模塑成型;编织复合材料;压缩试验;破坏模式;吸能特性【作者】谷元慧;张典堂;贾明皓;钱坤【作者单位】生态纺织教育部重点实验室(江南大学) ,江苏无锡 214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学) ,江苏无锡 214122;安徽省高等学校纺织面料重点实验室,安徽芜湖 241000;生态纺织教育部重点实验室(江南大学) ,江苏无锡 214122;生态纺织教育部重点实验室(江南大学) ,江苏无锡 214122【正文语种】中文【中图分类】TB332碳纤维增强复合材料(CFRP)是一种先进的新型材料，因其相比传统的金属材料具有更高的强度和模量、耐冲击等优异性能以及满足人们对于材料构件轻量化的需求而被广泛应用于军工、航空航天、轮船、汽车等领域[1-3]。
管件是实际工程应用中较为常见的构件之一，利用编织结构制作的复合材料管件不但具有高的损伤容限，其能量吸收能力也远远大于同尺寸规格普通金属吸能装置[4-6]。
复合材料结构的力学分析及优化设计
复合材料结构的力学分析及优化设计随着科技的不断进步，复合材料在工业和制造业中的应用也越来越广泛。
因为复合材料具有高强度、低重量、耐腐蚀、耐热、绝缘、隔音等优点，因此它们经常被用于汽车、飞机、船舶、建筑、体育用品、电子设备等领域。
本篇文章将讨论复合材料结构的力学分析及优化设计，探讨如何获得最佳的力学性能。
一、复合材料结构的力学分析1. 弹性模量和刚度矩阵弹性模量是材料刚度的量度，是材料受力后弹性形变程度与应力之比。
对于复合材料，弹性模量通常是用刚度矩阵来表示的。
刚度矩阵是由弹性模量、泊松比和剪切模量等参数组成的矩阵。
它描述了受力应变状况下材料的刚度，是进行力学性能分析的基础。
2. 屈服强度和失效准则在分析复合材料的力学性能时，屈服强度和失效准则是值得关注的。
复合材料的屈服强度通常达到材料的极限值，因此设计师必须在开发过程中尽可能减小屈服强度的影响。
同时，失效准则是指定材料在受到外力下发生很小裂纹或者变形等等“屈服”现象的判定标准。
不同的失效准则可适用于不同的复合材料。
3. 热膨胀系数热膨胀系数是材料在温度变化时长度扩张或收缩程度的物理量度。
由于复合材料与基材之间通过生产过程形成的热影响，这种材料在高温环境下的性质对于设计师来说至关重要。
因此，通过热膨胀系数的分析，设计师可以有效地规划出材料和系统的温度变化范围。
二、复合材料结构的优化设计为了获得最佳的力学性能，设计师需要进行优化设计。
以下是实现这一目标的几种方法。
1. 材料选择对于复合材料来说，选择正确的材料是至关重要的。
在选择时，需要考虑到强度、耐热性、耐腐蚀性、热膨胀系数等因素。
最优的材料选择会相应减小系统的质量，提高强度，并降低成本和维修费用。
2. 结构设计对于复合材料来说，结构设计也是非常重要的一环。
结构设计旨在实现最大的刚度和强度，并减小材料的使用量和重量。
同时还要考虑到系统的性能，例如热传导性、减振性等。
最佳的设计方案将经过力学分析和优化模拟测试来确认。
机织复合材料力学性能的宏细观分析
承诺书
本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师指导下 独立 进行研究工作所取得的成果 尽我所知 除文中已经注明引用的内容 外 本学位论文的研究成果不包含出贡献的其他个人和集体 均已在文中以明 确方式标明
本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件 允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索 作者签名 日 期 可以采用影印 缩印或其他复制手段保存论文
组合进三维机织复合材料的细观有限元模
对上述材料的蠕变实验进行了数值模拟
有限元 ， 胞元
I
机织复合材料力学性能的宏细观分析
ABSTRACT
Mechanical properties of woven composites were studied theoretically, numerically and experimentally in this thesis. The method for determining the micro architectures of various 2D and 3D woven composites via weave parameters has been presented. Based on this method, a FEM model library has been built by using PCL(Patran Command Language). With this library, micro FEM models of woven composites could be generated automatically. Most micro mechanical analyses of textile composites are based on cell model method. The applicability of this method depends largely on boundary conditions applied on the cell. In this thesis the criterion of selecting unit cell and general periodic boundary condition is discussed. Analysis focused on the effects of free boundary, local damage and random stacking on the average stiffness and micro stress distributions of composites. The modifications of boundary conditions in these cases were suggested. Viscoelastic properties of 3D woven composites were investigated in multi-scope. Firstly, visco-constitutive law of resin material was constructed which verified by experimental data. Then transverse isotropic viscoelastic theoretic-al model of yarn was suggested. This model was corrected by 3D micro FEM. Finally, creep behavior of a 3D woven composite has been researched and its characterized displacement/time curves under various loading density was was constructed to simulate the creep test numerically. obtained. A micro
2．5维编织复合材料的细观结构与弹性性能
2．5维编织复合材料的细观结构与弹性性能刘兆麟【摘要】介绍2．5维编织工艺的概念，归纳3种较有代表性的细观结构几何模型并对比各结构模型的优缺点，从理论计算与数值模拟两方面总结2．5维编织复合材料弹性性能预测的研究成果，最后分析了几何结构及经、纬密等工艺参数对纤维体积分数（体积含量）与复合材料弹性性能的影响。
%The definition of 2.5D braiding process was introduced. Geometric models on microstructures of 2.5D braided composites were summarized and compared. A reviw of theoretical calculations and numerical simulations on the elastic properties prediction of 2.5D braided composites were given. Finally, the influences of microstructures and warp or weft densities on fiber volume fraction and elastic properties were analyzed, respectively.【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2011(000)003【总页数】5页(P3-6,9)【关键词】2．5维编织复合材料;结构模型;弹性性能;结构－性能关系【作者】刘兆麟【作者单位】东华大学纺织学院,上海201620／纺织面料技术教育部重点实验室,上海201620【正文语种】中文【中图分类】TB332三维编织复合材料由于具有优异的断裂韧性、冲击损伤容限和抗疲劳性能而被广泛地研究［1－4］。
2．5维编织工艺作为三维编织工艺的重要分支，是近年来发展起来的一种新型编织技术［5］，可以实现机织工艺无法制备的多层数、大厚度2．5维结构的编织成型，由于2．5维编织工艺将机织工艺的五大运动简化为开口、缠纬两大运动，因此具有方法简单、成型速度快、生产成本低等优点。
PW-CFRP_弹性性能预测及三维钻削仿真
PW-CFRP 弹性性能预测及三维钻削仿真*周 强1， 陈 燕1， 王晓宇1， 张川川1， 陈雪梅2， 刘元吉2， 陈清良2， 勾江洋2（1. 南京航空航天大学 机电学院, 南京 210016）（2. 成都飞机工业(集团)有限责任公司, 成都 610092）摘要 平纹编织结构碳纤维增强树脂基复合材料（plain-woven carbon fiber-reinforced plastic ，PW-CFRP ）展现出高损伤容限特性，在航空航天领域应用广泛。
针对PW-CFRP 钻削仿真中由于其材料弹性性能变化导致单一尺度钻削仿真难以体现实际钻削力的问题，研究其弹性性能预测及多尺度三维钻削仿真。
基于周期性边界条件的弹性性能参数预测模型，利用预测的材料弹性性能参数，采用多尺度有限元方法，仿真PW-CFRP 的三维钻削并开展试验验证。
研究结果表明：基于周期边界条件的有限元法能准确预测编织复合材料的弹性常数；在剪切载荷下，其编织单胞的边界面均由平面变成曲面，发生凸凹翘曲变形；基于刚度预测模型基础的PW-CFRP 三维钻削仿真模型能够准确预测制孔过程中的轴向力、扭矩；在相同工艺参数下，制孔轴向力和扭矩的仿真预测与试验结果相对误差分别为14.2%和8.5%。
关键词 CFRP ；周期性边界条件；多尺度分析；弹性常数；钻削仿真中图分类号 TB58; TB332 文献标志码 A 文章编号 1006-852X(2023)05-0592-12DOI 码 10.13394/ki.jgszz.2022.0177收稿日期 2022-10-25 修回日期 2023-02-03碳纤维增强聚合物复合材料是由不同织物结构碳纤维和聚合物基体按一定的体积分数压缩固化而成[1]，其中织物结构复合材料具有比刚度大、强度高、重量轻、整体性能好等优点，日益受到人们的关注，在航空航天领域得到广泛应用[2]。
由于构成织物“中间结构”的纱线之间的错综复杂的相互作用，即使是相对简单的平纹织物，其力学性能也是复杂的。
《2024年编织复合材料羽毛球拍的参数化建模及数值模拟》范文
《编织复合材料羽毛球拍的参数化建模及数值模拟》篇一摘要：本文针对编织复合材料羽毛球拍的参数化建模及数值模拟进行了深入研究。
首先，介绍了编织复合材料的特性和优势，然后详细阐述了参数化建模的过程，包括模型建立、材料属性设定及几何参数的优化等。
最后，通过数值模拟分析验证了模型的可靠性和准确性。
本文的研究成果对于提升羽毛球拍性能、优化设计和制造工艺具有重要意义。
一、引言羽毛球作为一项普及性极高的运动，其器材的研发和改进一直是业界的关注焦点。
羽毛球拍作为运动员得心应手的工具，其性能的优劣直接影响到运动员的竞技水平。
近年来，编织复合材料因其优异的力学性能和轻量化特点，在羽毛球拍制造中得到了广泛应用。
本文旨在研究编织复合材料羽毛球拍的参数化建模及数值模拟，以期为羽毛球拍的优化设计和制造提供理论支持。
二、编织复合材料的特性与优势编织复合材料由多种纤维通过特定编织工艺复合而成，具有高强度、轻量化、抗冲击等优点。
在羽毛球拍制造中，其独特的结构可以有效地吸收和分散冲击力，提高球拍的耐用性和使用寿命。
此外，编织复合材料还具有优良的弹性，有助于提高球拍的击球性能和操控性。
三、参数化建模过程1. 模型建立：根据羽毛球拍的结构特点和设计要求，建立三维参数化模型。
模型应包括拍框、拍杆、拍柄等主要部分，并考虑不同材料的分布和厚度等因素。
2. 材料属性设定：根据实际需求，设定不同材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比、抗拉强度等。
这些参数将直接影响到模型的准确性和可靠性。
3. 几何参数优化：通过优化模型的几何参数，如拍框的形状、厚度、拍杆的弯曲度等，以提高球拍的性能和舒适度。
这一过程需要结合实际使用需求和运动员的反馈进行反复调整和优化。
四、数值模拟分析1. 有限元分析：利用有限元分析软件对模型进行力学性能分析，包括静力学分析和动力学分析。
通过分析模型的应力分布、变形情况等，评估其力学性能和耐用性。
2. 实验验证：通过与实际产品进行对比实验，验证模型的准确性和可靠性。
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第 ２ ９卷
第 ３期
天 津 工 业 大 学 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＲＳ ＴＹ Ｉ
Ｖｏ ．９ Ｎｏ３ １２ ．
２１ ０ ０年 ６月
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圆 型编 织 复 合 材 料 结 构 及 弹 性 性 能 分 析
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三维编织复合材料作为一种新型的复合材料 ， 以 整 体 编织 预 成 型 件 为 增 强 材 料 ， 需 缝 合 和 机 械 加 不
细 观 结 构 与宏 观 力 学 性 能 之 间 的 关 系进 行 了研究 和
之 间的关 系 ， 于三 维 圆型 编织 复 合材 料 的力 学 性 能 对
评 价 、结 构 优 化设 计 等具 有 重 要意 义 ． 文研 究 了三 本
维 四步法 圆型 编织 的纱线 运 动 规律 ， 合 单胞 细 观模 结 型 ，推 导 了编 织工 艺 参数 之 间 的数 学 关 系． 于此模 基 型 ， 用 刚 度平 均 化 方 法 ， 算 了 圆型 编 织 复 合材 料 采 计 的弹 性性 能 参 数 ， 讨论 了编 织角 和纤维 体 积 含量 对 弹
赵永立 ｌ ，
（． １河北工业大学 ＿程力学研究所 ， ｒ 天津 ３０ ３ ；． 津工业大学 机械电子学院， ０ １０ ２天 天津 ３０ ６ ） ０ １０
摘
要 ： 于三维 圆型编织携纱器的运 动规律 ， 基 研究 了空间纱线交织结构， 获得 了预 成型件 结构的单胞模 型， 推导 了
内部单胞和表面单胞的几何特性 、 编织工艺参数间的数 学关 系． 采用刚度平均化方法， 计算 了三 维圆型编 织
复合材料的弹性性能参数 ． 究结果表明 ： 研 编织 角和纤维体积分数对弹性模 量都 有明显影响．
关 键 词 ：圆型 编 织 ； 复合 材 料 ； 细观 结 构 ； 学 洼能 力 中 图分 类 号 ： Ｓ ０ ．； Ｂ ３ Ｔ １１ Ｔ ３２ ２ 文献标志码 ： Ａ 文章 编 号 ：１７ — ２ Ｘ（０ ０ ０ — ０ ５ ０ ６ １０ ４ ２ １ ）３ ０ １— ４
（ ．ｎ ｔｕｅ ｆ ｎｉｅｒ ｇＭ ｃ ａｉｓ Ｈｅｅ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｔ ｃｎ ｌ ｙ Ｔａｊ ０ １０ ｈｎ ； ． ｃ ｏｌ ｆ ｃａ ｉ ｌ １ Ｉｓｔｔ ｏ ｇｎｅｉ ｅｈ ｎｃ， ｂｉ ｎｖ ｓｙ ｆ ｅｈ ｏ ｇ ， ｉｎｉ ３ ０ ３ ，Ｃ ｉａ ２ Ｓｈ ｏ ｏ ｈｎｃ ｉ Ｅ ｎ ｅ ｉ ｏ ｎ Ｍｅ ａ