二维与三维机织复合材料的力学性能试验研究
三维机织凸台复合材料的力学模型及性能研究
已有 了诸 多成 果 ，对于 描述 三维机 织 复合材 料 的
纱线 细观 结构 的几 何模 型也 有很 多报 道 ，如在 纱 线截 面假 设模 型 中有双 曲透 镜形假 设 、椭 圆形 假 设 、跑 道 型假 设［ ６ － ８ 】 等 ；在纱 线轨 迹 假 设 中有 直 线假 设和 正 弦 曲线 假设 等 。但关 于三 维机 织 回转 体 复合 材料 】 的结 构模 型 却鲜有 报 道 。因此 本 文 以凸 台复合材 料 为例对 三维 机织 回转 体 复合材 料
用 专 门的 图形软 件来 分析 处理 照片 的纱线 截面 轨 迹 。通 过观 察可 见 ，纱线 的横截 面近 似为 椭 圆截
多个系 统 的纱线 连成 空 间网状 结构 ，然后 在 一定 条件 下与 基体 复 合而 得到 的 高性 能复 合材 料 Ｌ １ Ｊ 。 三 维机 织 复合材 料可 设计 性 比较强 ， 比强度 和 比 刚度较 金属 材料 高 ，而且 三维机 织 复合材 料 抗疲 劳性 、耐腐 蚀性 能好 ，能一次 性成 形外 形 比较复
纱线 的椭 圆截 面 ，如 图 １中所示 。椭 圆的 内接 八 边形倾 斜边 与 ｚ轴所 成 的角度 为 ，即几何模 型 中经 纱倾 角 的计 算值 。根 据模 型 中各个 几何尺 寸 计算经 纱在 实体 模 型 中的实 际长度 ，从 而确 定结 构 的单元 体 ，整个 复合材 料 的 凸台结构 由多个 单 元体 组成 。
ｊ
三维 机 织 复 合 材 料 的纱 线 骨 架 的细 观 结 构
比较 复杂 ，想 要较 为精确 的表 达其 力 学性 能 比较 难 ，因此 三维机 织 复合材 料 的纱线 骨 架与其 力 学
性能 的关 系一 直 困扰着 学者 。学者 们 在这个 领 域
复合材料的力学性能与结构设计
复合材料的力学性能与结构设计复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的材料，具有优异的力学性能和结构设计潜力。
在本文中，将探讨复合材料的力学性能以及如何进行结构设计。
一、复合材料的力学性能复合材料由于多种材料的组合，具有独特的力学性能。
以下将讨论复合材料在强度、刚度和韧性方面的性能。
1. 强度由于不同材料之间的协同作用，复合材料通常具有很高的强度。
这是由于各个组成材料的优点相互弥补，从而提高整体强度。
例如，纤维增强复合材料中的纤维可以提供很高的强度，而基体材料可以增加韧性。
2. 刚度复合材料具有很高的刚度，这是由于组成材料之间的相互作用。
纤维增强复合材料中的纤维可以提供很高的刚度，而基体材料可以提供弹性和柔韧性。
因此，复合材料在受力时可以保持其形状和结构的稳定性。
3. 韧性复合材料通常具有较高的韧性，这是由于材料的组合结构所致。
纤维增强复合材料中的纤维可以分散和吸收能量，从而提高材料的韧性。
相反，在单一材料中，这种能量分散效应很少出现。
二、复合材料的结构设计复合材料的结构设计是为了实现所需的力学性能和功能。
以下将介绍复合材料结构设计的关键因素。
1. 材料选择合理的材料选择是进行复合材料结构设计的关键因素。
不同材料具有不同的力学性能和化学特性，因此需要根据应用需求选择合适的材料组合。
例如，在需要高强度和刚度的应用中，可以选择纤维增强复合材料。
2. 界面控制复合材料中不同材料之间的界面是其力学性能的重要因素。
界面的控制可以通过界面处理和表面改性来实现。
例如，通过添加粘合剂或增加表面处理剂，可以增强纤维与基体之间的结合，提高界面的力学性能。
3. 结构设计结构设计是为了实现所需的功能和性能。
在复合材料结构设计中，需要考虑材料的排布方式、层压顺序和几何形状等因素。
通过合理设计复合材料的结构，可以充分发挥其力学性能，同时满足应用需求。
三、结论复合材料具有优异的力学性能和结构设计潜力。
通过合理选择材料、控制界面以及进行结构设计，可以充分发挥复合材料的力学性能。
复合材料的动态力学性能研究
复合材料的动态力学性能研究在现代材料科学领域，复合材料因其卓越的性能和广泛的应用前景而备受关注。
其中，复合材料的动态力学性能是一个至关重要的研究方向。
动态力学性能不仅影响着材料在实际应用中的可靠性和耐久性，还为材料的设计和优化提供了关键的依据。
复合材料通常由两种或两种以上具有不同物理和化学性质的组分材料组成，通过特定的工艺复合而成。
这些组分材料在性能上相互补充和协同作用，赋予了复合材料优异的综合性能。
然而，当复合材料在动态载荷作用下，其力学行为会变得相当复杂。
动态力学性能主要包括材料的储能模量、损耗模量和损耗因子等参数。
储能模量反映了材料在变形过程中储存能量的能力，而损耗模量则表示材料在动态加载过程中能量的损耗。
损耗因子则是损耗模量与储能模量的比值，它能够表征材料的阻尼特性。
研究复合材料的动态力学性能，需要借助一系列先进的实验技术和分析方法。
动态力学分析（DMA）是其中一种常用的手段。
通过在一定的温度、频率和应变范围内对材料进行动态加载，并测量材料的响应，可以获得材料的动态力学性能参数随温度、频率等因素的变化规律。
在实验过程中，样品的制备和测试条件的选择对结果的准确性有着重要影响。
样品的尺寸、形状和制备工艺需要严格控制，以确保测试结果的可靠性和可重复性。
同时，测试的温度范围、加载频率和振幅等条件也需要根据材料的应用场景和研究目的进行合理的设定。
复合材料的动态力学性能受到多种因素的影响。
首先是组分材料的性质，包括基体材料和增强材料的种类、含量和性能等。
例如，在纤维增强复合材料中，纤维的种类、长度、直径和取向等都会显著影响材料的动态力学性能。
不同的纤维具有不同的强度、模量和阻尼特性，从而导致复合材料性能的差异。
其次，复合材料的界面性能也是影响动态力学性能的关键因素。
良好的界面结合能够有效地传递载荷，提高材料的整体性能。
相反，界面结合不良会导致应力集中和能量耗散，降低材料的动态力学性能。
此外，制备工艺也会对复合材料的动态力学性能产生影响。
树脂基三维机织复合材料结构与力学性能的关系研究
收 稿 １期 ： ０ ５ ４ ４ ３ ２０ － － ；修 订 １期 ： ０ ５ ６３ ０ ０ ３ ２０ － — ０ ０
１２ 测 试 标 准 和 方 法 ．
成复 合材 料试 片 。这 ４种 结构 的复合 材料 已经 多次
成功 地应 用 于卫 星相机 支架 、 雷达 天 线罩 等制 件 中。
本工 作对 这 ４种 常 用 的 ３ Ｄ机 织 复 合 材 料 的拉 伸 、
弯曲、 压缩 等性 能 进 行 了 系统 的 实 验 研 究 和 分 析 。
１ ２ ２ 复 合 固 化 ．．
复 合 固化 采 用 Ｒ Ｍ（ ｅｉ Ｔ ａｓ ｒ ｌｉ 工 Ｔ Ｒ ｓ ｒｎｆ ｄｎ ｎ ｅ Ｍｏ ｇ） 艺， 即树脂 传 递模 塑 法 固化 成 型 。 本试 验 所 用 树 脂 为环 氧树 脂／ 固化 剂／ 化 剂 以一 定 比例 配 制 而 成 ， 催 密度 为 １ ２ ｇ ｃ ． ６ ／ ｍ 。复合 固化后 的试 片 尺 寸及 纤 维 体积 含量 如表 １所 示 。考 虑 到 ４种不 同结构 复 合材 料试 片 的纤维 体 积 含量 差 异 不 大 ， 在后 面 的 实验 测 试分 析 中视纤 维 体积 含量 为 等同 。
三 维 （ Ｄ） ３ 纺织 复 合 材 料 是 应 航 空 航 天 、 舶 、 船
汽车 、 建筑 等领 域 的需 要 而于 ７ ０年 代崛起 的先进 复
实验 和分 析 的结果 一方 面 丰 富 了三 维机 织 复合 材料 的力学 性 能数 据 库 ； 一方 面 为 三维 机 织 复 合 材 料 另 的应用 提 供 了 ６年 ｌ ０月
航
空
材
料
学
报
Ｖｏ ． １２６．ＮＯ ５ ． Ｏｃｏ ｅ ２ ６ ｔｂ ｒ ００
三维编织复合材料力学性能研究进展
国内外在近 30 年内对三维编织复合材料的细观结构与 观力学性能之间的关系进行了研究和探索 取得了一些突出 的成就 并逐渐发展成力学和材料领域的一个热门研究方 向。在试验方面，自 20 世纪 80 年代起，MACANDER 等[3] 就对三维编织复合材料的拉压剪弯等典型静态力学性能进 行了系统的试验研究；KALIDINDI 等[4]研究了纤维体积含量 和编织角对材料力学性能的影响；SHIVAKUMAR 等[5]进一 步揭示了三维编织复合材料的压缩强度和失效机制。关于三 维编织复合材料冲击力学行为和断裂形态随应变率的变化 趋势也有相关报道[6-7]。
科技与创新┃Science and Technology & Innovation
文章编号：2095－6835（2021）13－0108－06
2021 年 第 13 期
三维编织复合材料力学性能研究进展
吴亚波，江小州，刘 帅，袁 航，张尧毅，惠永博，侯荣彬
（中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室，四川 成都 610056）
国内也不乏试验研究三维编织复合材料力学性能的相 关报道。张迪等[29]对比研究三维多向编织和层合板复合材料 的力学性能。四种三维多向编织结构分别利用三维四向、三 维五向、三维六向和三维七向编织工艺制备；三种层合复合 材料利用帘子布制成，分别为 0°单向板、90°单向板和层合 板［0 /（ ± 45）2 /90］2s。同时进行拉伸、压缩和剪切试 验。结果表明与三维编织试样相比，0°单向板的拉伸和压缩 性能最高，而其他层合试样的各项性能均较低；对于编织试 样，编织角越小，纵向拉伸和压缩性能越高，剪切性能越低； 发现编织结构和编织角是影响材料破坏模式的重要因素。李 翠敏等[30]研究了三维编织碳纤维复合材料的剪切性能，结果 表明，三维五向较三维四向编织复合材料剪切性能好；三维 编织复合材料剪切强度沿长度方向随着编织角的减小而增 加；切边三维编织复合材料试件受剪切破坏时在加载点附近 侧表面裂缝沿纱线走向分布，上下两表面发生弯曲破坏。李 苏红等[31]试验分析评价了编织结构参数对复合材料拉伸性 能的影响，且对复合材料的破坏模式进行了研究。实验结果 表明，编织角、复合材料尺寸、纤维体积含量、轴向纱数与 编织纱数之比等对复合材料的性能有较大的影响，复合材料 有两种破坏模式，一种是裂纹沿纤维束扩展，另一种是纤维 束拉断，后者为主要破坏模式。 2 三维编织复合材料力学性能的理论研究 2.1 几何模型和力学模型
正交-准正交复合三维机织复合材料力学性能
正交-准正交复合三维机织复合材料力学性能作者：申晓刘向东田伟祝成炎来源：《现代纺织技术》2019年第02期摘要：为弥补单一结构三维机织复合材料在性能方面的不足，研究正交-准正交复合三维机织复合材料的力学性能。
以高强涤纶长丝为原料，分别织造四层正交和准正交三维机织结构作为预制件，依据均衡对称准则设计4种复合结构，选用双酚A环氧乙烯基脂为基体，制备正交、准正交及复合三维机织复合材料，并对制得的复合材料进行经向拉伸和弯曲性能测试。
结果表明：准正交三维机织复合材料的经向拉伸和弯曲性能均优于正交三维机织复合材料;在复合三维机织复合材料中，复合顺序对复合材料性能的影响大于复合比例;正交结构位于材料表层时复合材料可以获得更优异的力学性能。
关键词：复合结构;三维机织物;复合材料;经向拉伸性能;经向弯曲性能中图分类号：TS195.644文献标志码：A文章编号：1009-265X（2019）02-0006-06Abstract：In order to make up for the performance defect of 3D woven composite with single structure， mechanical properties of orthogonal and quasi-orthogonal 3D woven composites with combined structure were investigated. The high-strength polyester filament yarn was used as the raw material to weave four-layer orthogonal and quasi-orthogonal 3D woven structures as preformed units， and four kinds of combined structures were designed according to the principle of symmetry. Orthogonal woven composites， quasi-orthogonal woven composites and combined 3D woven composites were prepared by using bisphenol A epoxy vinyl ester as the matrix. Tensile and bending properties of the composites at warp direction were tested. The results indicated that tensile and bending properties at warp direction of the quasi-orthogonal woven composites were better than that of the orthogonal woven composites. Among the combined 3D woven composites， the effect of combined sequence was greater than the combined ratio. When the orthogonal structure was laid on the surface of the composites， the composites could get better mechanical properties.Key words：combined structure; 3D woven fabric; composite; tensile property at warp direction; bending property at warp direction三维机织复合材料是利用机织加工方法将多个系统的纱线连为空间网状结构，然后在一定条件下与基体复合而得到的一种高性能复合材料，具有良好的可设计性并且由于厚度方向上存在增强纤维，其强度、刚度、抗冲击性和抗疲劳性优良[1]。
复杂载荷作用下的三维编织复合材料力学性能分析
复杂载荷作用下的三维编织复合材料力学性能分析姜黎黎;徐美玲;王幸东;翟军军【摘要】基于螺旋型单胞几何模型和多相有限元理论,建立了三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析模型.通过对代表体积单胞施加不同的复杂载荷比,数值预报了三维四向编织复合材料在双向拉伸和拉剪载荷作用下的破坏点,得到了材料的破坏包络线.结果表明,编织角对三维四向编织复合材料在复杂载荷作用下的破坏影响较大,编织角比较小时,应重视复杂载荷之比对材料破坏的不利影响.此方法为三维编织复合材料在复杂载荷作用下的力学性能分析提供了有效方法.【期刊名称】《哈尔滨理工大学学报》【年(卷),期】2018(023)004【总页数】5页(P108-112)【关键词】三维编织复合材料;力学性能;螺旋型几何模型;复杂载荷【作者】姜黎黎;徐美玲;王幸东;翟军军【作者单位】哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080;哈尔滨理工大学工程力学系,黑龙江哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TB3320 引言三维编织复合材料由于其增强体为三维整体编织结构，突破了传统复合材料层合板结构的概念，在提高复合材料层间强度、抗冲击、抗断裂和损伤容限等方面具有巨大的优势和潜力，同时具有优良的可设计性，可以一次成型复杂的零部件。
因此，三维编织复合材料受到工程界的普遍关注，在航空、航天、国防、体育用品和生物医疗等领域得到了广泛应用[1]。
Ma、Yang、Kalidindi和吴德隆[2-5]等在详细分析了三维编织复合材料的成型技术与编织工艺的基础上，分别建立了“米”字型单胞模型、纤维倾斜模型、螺旋纤维模型以及三胞模型，并基于这些细观结构几何模型研究了三维编织复合材料的刚度Ko[6]对三维编织石墨/环氧树脂复合材料进行了拉伸实验，结果表明近似垂直于加载方向失效面上的纤维断裂是引起三维编织复合材料失效的主要原因。
机械工程中聚合物复合材料的力学性能研究
机械工程中聚合物复合材料的力学性能研究近年来，随着科技的不断进步和应用领域的不断扩大，聚合物复合材料作为一种新型材料，在机械工程领域中得到了广泛的应用。
聚合物复合材料具有很好的力学性能，使其成为工程设计中不可或缺的材料之一。
首先，聚合物复合材料的力学性能主要体现在其强度方面。
相比传统的金属材料，聚合物材料在强度上具有明显的优势。
这是因为聚合物材料的强度可以通过选择合适的纤维增强材料和树脂基体材料来进行调控。
例如，使用碳纤维作为增强材料可以显著提高复合材料的强度，并且降低材料的密度。
这使得聚合物复合材料在航空航天、汽车工程和船舶制造等领域中广泛应用。
其次，聚合物复合材料还具有优异的耐疲劳性能。
在实际工程应用中，材料的疲劳寿命往往是考察其可靠性的重要指标之一。
聚合物复合材料由于具有高度各向异性的特点，在接收循环载荷时能够有效地分散载荷，并将其转移到纤维增强层。
这种各向异性使得聚合物复合材料在疲劳载荷下能够更好地抵御龟裂扩展，从而提高材料的疲劳寿命。
此外，聚合物复合材料还具有良好的抗冲击性能。
抗冲击性能是考察材料在受到高速冲击载荷时的承载能力。
在机械工程领域中，材料经常需要承受高速运动下的冲击载荷，如汽车撞击、飞机降落等。
聚合物复合材料可以通过改变纤维的方向和分布等方式来改善其抗冲击性能。
同时，适当调整树脂基体的组分和硬度也能提高材料的抗冲击性能。
然而，聚合物复合材料也存在一些局限性。
首先，制备过程复杂，需要高精密度的加工设备和技术。
聚合物复合材料的制备通常需要进行大量的工艺参数调整和优化，以确保材料具有理想的力学性能。
其次，聚合物复合材料的性能受到环境因素的影响较大。
例如，湿热环境会导致材料的强度和硬度下降，从而降低其使用寿命和可靠性。
因此，在实际应用中需要对聚合物复合材料进行有效的环境保护和防腐措施。
综上所述，聚合物复合材料在机械工程领域中具有良好的力学性能。
其优秀的强度、耐疲劳性能和抗冲击性能，使得它成为了许多工程设计中的理想材料。
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。
三维机织复合材料力学性能研究
能则随厚 度方 向的纤维体积分 数的增 加成形 工艺 和纤
维 的体 积分 数 等 都 对 材 料 的力 学 性 能 有 着 直 接 的影 响， 在研 究三 维机 织 复合 材 料 时 应重 点 考 虑 上述 因素
的变化 对材 料性 能 的影 响 ， 合理 安排 相关 的参数 ， 使材
我们 不能 忽 略几 何 形状 对 材 料 性 能 的影 响 ， 合理
的几何 形 状会 起到 提 高 材 料性 能 的作 用 ， 而 且 为 材料 的设计 选 用提 供 的构件 方便 。
１ ． ２ 纤 维 体 积 含 量 对 材 料 性 能 的 影 响
致， 解决 了纱 线接 节 过渡 问题 ， 系统 地研究 了直 交和 弯
杨 连 贺等Ｌ ８ 提出， 截 面恒 定 不 变假 设 显 然 与 实 际
纤 维 的体 积含 量 是影 响复合 材料 力学性 能 的一个 重 要 参数 ， 其最 大值 与纤 维 在 复 合 材料 中 的排 列 方 式 有关 。三 维机 织 复合 材 料 的 纤 维体 积 分 数增 大 ， 材 料
料达 到 工程 的要 求 。 ２ 三维 机 织复合 材 料细观 结构 及对材 料性 能的 影响
２ ． １ 编 织 角 的 大 小 对 材 料 性 能 的影 响
泛， 它较层 合 板复合 材 料有 很多 优势 ， 其刚度 、 强度、 冲
击韧 性 和抗 疲 劳 性［ ３ “ 都 比较 好 ， 可 成 形 比较 复 杂 的 零 件 。由于 三维机 织 复 合 材 料 的 内部 结 构相 当复 杂 ， 从 宏 观外 形 到细观 结构 模 型上各 种 因素对 它的力 学性 能都 有影 响 ， 因此对 于研究 者来说 ， 正 确理解 这 些 因素
三维正交机织复合材料的拉伸力学性能及介电性能研究
ｏｆｄ ｆｅ ｅ ｔ ｆｂｅ ａ ｅ ｔｄ ｆｅ ｅ ｄ ａ ａ ｓｏｆｆｂｅ ｓ ｉｆ ｒ ｎ ｉ ｒ ｃ ｎ ｅｘ ｒ ｉｆ ｒ ｎｔａ ｖ ｎｔ ｇｅ ｉ ｒ ．
Ｋ ｅ ｒ ｓ： Ｄ ｏｍ ｐ ｉｅ； ｐ ｃ ｆｃ ｔ ｎｓｌ ｔ ｅ ｔ ｓ ｃ ｆｃ ｍ ｏ ｙ ｗｏ ｄ ３ ｃ ｏｓｔ ｓ ｅ ｉｉ ｅ ｉｅ ｓ ｒ ｎｇ ｈ； ｐｅ ｉｉ ｄｕｌ ｓ； ｅ ｅ ｔ ｉ ｏ ｒ ｙ； ｂ ｉ ｔ ｕ — ｕ ｄｉ ｌｃ ｒｃ ｐｒ ｐｅ ｔ ｈｙ ｒ ｄ ｓ ｒ ｃ
ｄ ｓｒａ ｐ ｌ ａｉｎ ． ｅｔ ｎ ｉ ｎ ｉｌｃｒｃ ｐ ｏ ｅ ｔ ｓｏ Ｄ ｒｈ ｇ ｎ ｌｗｏ ｅ ｒ ｍｉ－ ｌｓ ｉｅ ／ ｕ ｔｉｌ ｐｉ ｔｏ ｓ Ｔｈ ｅ ｓｌ ａ ｄ ｄ ｅｅ ｔ ｉ ｒ ｐ ｒｉ ｆ３ ｏ ｔ ｏ ｏ ａ ｖ ｎ ａ ａ ｄ ｇ ａ ｓｆｂ ｒ ａ ｃ ｅ ｅ
Ｗ ｏ ｅ ｖ ｎ Ｃｏｍ ｐ ｉｅ ｏｓ ｔ ｓ
姚
澜， 李文 斌 ， 邱夷 平
（ 东华 大学 纺织学 院 ， 上海 ２ １ ２ ） ０ ６ ０
ＹＡＯ ａ Ｌ ｎ，Ｌ ｅ ～ ｉ ＱＩ Ｙｉｐｎ ＩＷ ｎ ｂｎ， ｕ — ｉ ｇ
（ Ｃｏｌｅ ｆＴｅ ｔｌ ｓ Ｄｏ ｇｈｕ ｌｇｅ ｏ ｘ ｉｅ ， ｎ ａ Ｕｎｉ ｒ ｉｙ， ｖｅ ｓｔ Ｓｈａ ｇｈａ ０ ６２ Ｃｈ ｎ ｎ ｉ２ １ ０， ｉ ａ）
ｓ ｉｓｓ ｏ ｄｔ ａ ｈ ｕ ｅａ ａ ｄ ｅ ｏ ｙｃ ｍｐ ｓ ｅｈ ｓｔ ｅｈｇ ｅ ｔｓ ｅ ｉ ｃｔ ｎ ｉ ｔｅ ｇ ｈ ａ ｄｓ ｅ ｉ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｈ ｔｔ ｅｐ ｒ ｒ ｍｉ ／ ｐ ｘ ｏ ｏ ｉ ａ ｈ ｉｈ ｓ ｐ ｃｆ ｅ ｓｌ ｓ ｒｎ ｔ ｎ ｐ ｃｆ ｔ ｉ ｅ —
三维机织复合材料力学性能分析与研究
摘
要：通过对三 维机 织复合材料几 何细观结构 的研 究，分析 了三维机 织复合材料 的力学性 能，采用椭圆形纤维束截面假
设并结合实 际的纱 线形态建立 了一种 新的三维机织 复合材料力学模型 ，对 三维机织复合材料 的拉伸、压缩和层 间剪切强度 进行 了理论分析 ，并与实验 结果进行 了对 比，验证 了力学模型 的正确性 。 关键 词：三维机织复合材料 ；力 学性 能：分析
黄学峰， 三 维机织 复合材料 力学 ｌ能分析与研究 等： 生
Ｆｉ ｂ ｅ ｒ
应 用 开 发
ｇ ａｓ ｌ ｓ
中图分类号 ：Ｑ１ １ ７７７ Ｔ ７ ． ． ７
文献标识码： Ａ
三维机 织复合材 料 力学性 能分析 与研 究术
黄学峰 ，张立泉 ，朱梦蝶 ，梁素兰 ，阮见
（ 中材科技 股份有限公司 ，南京 ２ ０ １ ） １０ ２
基金项 目：江 苏省 自然科 学基金 （ Ｋ ０ ６ ２ ） Ｂ ２ ０ ７ ４ 收稿 日期：２ １— ２ ０ ０ ０ １— ７ 作者 简介 ：黄 学峰 ，男，１ ７ 年４ ９ ９ 月，中材科技 股份有 限公司先 进材料 事业 部工程 师。
透镜 纤维束截 面假设 讨论 了结构和几 何参数对 弹性
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ： ３ ｗｏ ｅ ｏ ｏ ｉ ； ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｒ ｐ ｒ ｅ ； ａ ａ ｙ ｉ ｄｓ Ｄ ｖ ｎ ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｔ ｃ ａ ｉ ａ ｏ ｅ ｔ ｓ ｐ ｉ ｎ ｌ ｓｓ
０ 前 言
三维机 织复合 材料 以其 比刚度大 、 比强度 高 、 重量 轻 、具 有 良好 的可 设计性和 较高 的冲击损伤 容 限等优 点ｎ２日益受到人们 的关注 ，在众 多领域有着 ， ３ 巨大 的应用 前景 。随着越 来越 多的三维 机织复合 材 料 结构件被广 泛应 用在航 空、航天 等领域 ，三维 机
复合材料的力学性能研究
复合材料的力学性能研究复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成，其中至少有一种材料是具有一定强度和刚度的纤维或颗粒。
复合材料的力学性能是研究复合材料行为和性能的重要方面。
本文将探讨复合材料力学性能研究的相关内容。
1. 复合材料的组成和分类复合材料由基体和增强材料组成。
基体是材料的主要组分，承担着传递载荷的作用，常见的有金属、塑料和陶瓷。
增强材料则是用来提高材料力学性能的成分，如纤维和颗粒，可以提供强度和刚度。
基于不同的增强材料，复合材料可以分为纤维增强复合材料和颗粒增强复合材料。
2. 复合材料的强度和刚度复合材料相比于传统材料具有更高的强度和刚度。
这是因为增强材料可以承受大部分载荷，基体则起到支撑和保护的作用。
纤维增强复合材料的强度主要取决于纤维的性质和取向，而颗粒增强复合材料则取决于颗粒的尺寸和分布。
通过调整增强材料的形状和含量，可以进一步改变复合材料的强度和刚度。
3. 复合材料的断裂行为复合材料的断裂行为是研究复合材料力学性能的重点之一。
断裂通常分为拉伸断裂和剪切断裂两种形式。
在拉伸断裂中，纤维会逐渐断裂，而在剪切断裂中，流动的基体和增强材料之间会发生剪切滑移。
复合材料的断裂行为受到多种因素的影响，如增强材料的分布、基体的粘附力和界面结构等。
研究这些因素对断裂行为的影响，可以提高复合材料的断裂韧性和抗冲击性能。
4. 复合材料的疲劳性能复合材料在长期使用和加载循环中可能出现疲劳损伤。
与金属材料不同，复合材料的疲劳行为更为复杂。
复合材料的疲劳损伤通常包括纤维断裂、基体裂纹扩展和界面失效。
研究复合材料的疲劳性能，可以提高材料的使用寿命和可靠性。
通过合理设计复合材料的结构和增强材料的分布，可以减缓疲劳损伤的发展。
5. 复合材料的热性能和耐腐蚀性能除了力学性能，复合材料的研究还包括热性能和耐腐蚀性能。
复合材料在高温环境中的性能表现和在一般温度下有所不同。
研究复合材料的热膨胀特性和热传导性能，有助于优化复合材料在高温环境下的应用。
二维与三维机织复合材料力学性能的实验研究
产 用 织 业 纺 品
表 １ 复合材料参数 表
参
数
二维 平纹机
三维正交机织复合材料
纬 向 Ｚ纱线
织层合板 经 向
纱线类型 纱线线密度（ｅ） ｔ ｘ
纤维体积分数（ ） ％
Ｅ ｇａ ｓ — ｌ ｓ ６０ ０
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关键词 ： 厚三维正交机织复合材料 ， 合板 ， 超 层 拉伸试验 ， 压缩试验
依据 ， 丰富复合材料基础数据库。
维普资讯
产 用 织品 业 纺
二 维 与三 维 机 织 复 合 材 料 力 学 性 能 的 实验 研 究
戎 琦 邱夷平 东华大学纺织学院（ 中国）
合材料（ 璃纤维／ 玻 不饱和聚酯树 摘 要： 对超厚三维正交 机织复合材料及二维机织层合板分别进行了 拉伸和压缩实 脂） 与二维层合板（ 玻璃纤缈 不饱
２ 实验 部 分
水平重复单胞 的基础上建 立了 三
１ 引 言
传统的层合板 沿厚 度方 向的 性能 很差 ， 具有易分层 、 抗冲 １ 实验材 料 ．
三维正交结构 在拉伸和剪 切载荷
作用下的破坏方式分别进行预测。 易洪雷等 通过总 结三维机 织复
计划发展先进复合材料 ， 使机织复
合材料在大型民航客机 中得到更 广泛的应用。随着 机织复 合材料 在航天 、 航空等领域越来越广泛的 应用 ， 对三维机织复合材料进行了 大量 的研 究。Ｋ ｏ等 对三维正 ｕ 交碳／ 环氧 复合 材料 的细观 结构、 弹性模 量及裂纹 扩展做 了分析讨 论。Ｔｎ ＿ 对三维正交机织复 ａ等 ２ 合材 料做 了大 量 的研 究 ， 括 用 包 Ｆ Ｍ进行单胞分析 、 Ｅ 热弹性能及实 验 特性 分 析 等 。 ａ 等 在 两 Ｎｉ ｋ
《CompositesPartB》：具有空隙缺陷的3D编织复合材料的力学性能预测
《CompositesPartB》：具有空隙缺陷的3D编织复合材料的力学性能预测（翻译整理：蔡雄峰编辑校对：张鑫）在三维编织复合材料的树脂转移成型(RTM)过程中，孔洞是不可避免的缺陷。
事实上，空隙缺陷的大小、类型和含量直接影响三维编织复合材料的力学性能。
由于三维编织结构的多尺度表征和材料本构关系的复杂性，具有缺陷的三维编织复合材料的性能评价一直是一个关键的科学和技术问题。
在RTM过程中，不能保证树脂的流动是理想的。
树脂可能会部分固化，浸润可能不彻底，所以固化后可能会出现体积收缩，导致出现空洞。
由于三维编织复合材料RTM过程中复杂的缺陷表征，对具有空隙缺陷的三维编织复合材料力学性能的研究仍然很少。
关于三维编织复合材料的理论分析和数值模拟大多是基于均匀各向异性材料的，对于几何模型或物理模型都没有考虑缺陷。
清华大学Xuhao Gao（第一作者）,Xuefeng Yao（通讯作者）团队在《Composites Part B》上发表了题为“Prediction of mechanical properties on 3D braided composites with void defects”的文章，在随机统计空隙模型的基础上，建立了具有空隙的三维编织复合材料的刚度矩阵和本构模型。
详细研究了空隙对三维编织复合材料力学性能的影响。
此外，还预测了具有空隙的三维编织复合材料的强度和损伤。
图1给出了三维编织复合材料的RVE（代表性的体积元素）。
图2给出了三维编织复合材料中的随机空隙模型。
图1 三维编织复合材料的RVE（代表性的体积元素）图2 三维编织复合材料中的随机空隙模型基于三维编织复合材料的细观结构，三维编织复合材料在全局坐标系中的刚度矩阵为：坐标变换矩阵：研究者建立了孔隙率与力学参数之间的六阶多项式分数关系，ρ是三维编织复合材料的模量比，v是纤维体积含量。
如下所示：利用RVE介观模型，基于三维Hashin准则，模拟了具有空隙的三维编织复合材料的力学性能。
机织复合材料力学性能的宏细观分析
承诺书
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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
材料科学中复合材料力学性能测试及模型推断
材料科学中复合材料力学性能测试及模型推断复合材料在材料科学领域中发挥着重要的作用。
为了评估复合材料的力学性能并推断其性能模型，需要进行相应的测试和分析。
本文将介绍复合材料力学性能测试的常用方法，并探讨模型推断的原理和应用。
一、复合材料力学性能测试方法复合材料力学性能测试是评估材料力学性能的关键步骤之一。
以下是几种常用的测试方法：1. 拉伸测试：拉伸测试是衡量材料抗拉强度和延伸性能的重要手段。
在拉伸试验中，通过施加恒定的拉力来应用加载，并测量应力和应变的关系曲线。
这些数据可以用来计算抗拉强度、屈服强度和断裂延伸率等参数。
2. 压缩测试：压缩测试是度量材料在受压状态下的性能的一种方法。
通过施加恒定的压力来加载材料，并记录压力和变形的关系。
这些数据可以用来计算压缩强度和变形率等参数。
3. 弯曲测试：弯曲测试是评估材料在弯曲负载下的性能的一种方法。
通过施加恒定的弯曲力或弯曲矩来加载材料，并测量弯曲应力和变形的关系。
这些数据可以用来计算弯曲强度和弯曲刚度等参数。
4. 剪切测试：剪切测试是评估材料在剪切载荷下的性能的一种方法。
通过施加剪切力来加载材料，并测量剪切应力和剪切变形的关系。
这些数据可以用来计算剪切强度和剪切模量等参数。
以上是常见的测试方法，它们可以单独或结合使用，以获得全面的材料力学性能数据。
二、复合材料力学性能模型推断通过测试获得的力学性能数据可以用来推断复合材料的性能模型，从而更好地理解材料的力学性能特征。
以下是一些常用的模型推断方法：1. 统计力学模型：根据统计力学理论，可以将复合材料的力学性能看作是单根纤维或颗粒的属性的统计平均。
通过对纤维或颗粒的特性进行统计分析，可以得到复合材料的平均力学性能，并进行模型推断。
2. 单元模型：单元模型是将复合材料划分为小尺寸的单元，并将每个单元视为均匀的材料。
通过对单元的力学性能参数进行推断，可以得到复合材料的整体力学性能。
3. 精细模型：精细模型是在细观数值方法的基础上，考虑复合材料中纤维或颗粒的具体排列和相互作用。
二维材料的力学性能分析
二维材料的力学性能分析近年来，二维材料因其独特的结构和出色的力学性能引起了广泛关注。
二维材料是指在一个方向上只有单层原子结构的材料。
其中最常见的二维材料是石墨烯，但还有许多其他的二维材料的存在。
石墨烯具有出色的机械强度和导电性能，因此被认为是替代传统材料的一个有潜力的候选者。
在研究二维材料的力学性能时，需要考虑其弹性和塑性行为、断裂行为以及热稳定性等方面。
首先，弹性和塑性行为是分析二维材料力学性能的关键。
弹性行为是指在外力作用下，材料可以发生弹性变形并恢复到初始状态的能力。
而塑性行为则是指在外力作用下，材料发生永久变形或破坏的能力。
对于石墨烯这样的二维材料，其在弹性和塑性行为方面表现出色。
实验研究表明，石墨烯具有超高的弹性模量和强壮的拉伸强度。
这意味着石墨烯可以在外部载荷下承受巨大的拉伸力而不断裂，并且在去除外部载荷后能够恢复到初始状态。
此外，由于其单一层的原子结构，石墨烯的塑性变形具有明显的限制。
石墨烯通常通过滑移和滑动机制来变形，而不会发生滞后现象。
因此，在设计和制备二维材料结构时，必须考虑适当的形状和尺寸，以避免不可逆的破坏和失效。
其次，断裂行为是分析二维材料力学性能不可或缺的一部分。
断裂行为是指在外力作用下，材料发生破裂的过程。
对于石墨烯这样的二维材料，其断裂行为主要包括开裂和撕裂两种形式。
实验研究表明，石墨烯的断裂强度非常高，具有出色的抗拉伸能力。
这意味着在合适的尺寸下，石墨烯可以承受巨大的外部载荷而不断裂。
此外，由于其强大的分子键，石墨烯在断裂时通常发生撕裂现象，而不是通过断裂面的形成来实现。
这种撕裂断裂机制使得石墨烯具有出色的韧性和耐久性。
可以预见，在设计和制备二维材料结构时，合理控制其形状和尺寸是非常重要的，以避免不必要的断裂行为发生，从而提高材料的可靠性和寿命。
最后，热稳定性也是分析二维材料力学性能的重要因素。
热稳定性是指材料在高温下的热膨胀和热传导性能。
对于石墨烯这样的二维材料，其热稳定性主要受到热膨胀和热导率的影响。
三维打印技术中材料力学性能研究
三维打印技术中材料力学性能研究第一章：引言三维打印技术是一种新兴的制造技术，它能够以一种革命性的方式改变传统的制造过程。
材料力学性能是三维打印技术中的一个重要研究方向，它关注的是通过打印材料的特性来实现理想的打印结果。
本文将探讨三维打印技术中材料力学性能的研究进展。
第二章：三维打印技术的背景2.1 三维打印技术的定义三维打印技术是一种将数字模型转化为实体物体的制造技术。
它通过逐层堆叠材料来构建复杂的结构，与传统的制造技术相比，三维打印技术具有更高的自由度和灵活性。
2.2 三维打印技术的发展历程三维打印技术的发展可以追溯到上世纪80年代的快速成型技术。
随着科技的进步，三维打印技术逐渐成熟，并应用于广泛的领域，如医疗、航空航天和汽车制造等。
第三章：三维打印技术中的材料力学性能研究方法3.1 材料挤出力学测试材料挤出力学测试是一种常用的研究三维打印材料力学性能的方法。
通过对材料进行不同条件下的挤出试验，可以获得材料的挤出能力、屈服强度和断裂韧性等参数。
3.2 材料成型性能测试材料成型性能测试是评估材料在三维打印过程中的变形和流动性能的关键方法。
通过测试材料的熔体流动性和热收缩性等参数，可以有效地提高打印过程的稳定性和精确性。
第四章：三维打印技术中材料力学性能的研究现状4.1 金属材料的力学性能研究金属材料是三维打印技术中常用的材料，在航空航天和汽车制造等领域有广泛的应用。
目前，研究人员对金属材料的力学性能进行了深入的研究，包括屈服强度、疲劳寿命和断裂韧性等方面。
4.2 高分子材料的力学性能研究高分子材料是三维打印技术中另一个重要的研究对象，它具有较低的密度和良好的可塑性，被广泛应用于医疗和家居用品等领域。
研究人员已经开展了大量的工作，以改善高分子材料的力学性能和耐久性。
第五章：三维打印技术中材料力学性能的影响因素5.1 打印参数的影响打印参数是三维打印中的重要考虑因素。
例如，打印速度、温度和层高等参数对材料的力学性能有着直接的影响。