二维二轴编织铺层复合材料压缩性能研究

作     者：徐倩 

作者单位：东华大学 

学位级别：硕士

导师姓名：阎建华

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：编织铺层复合材料 细观结构 等效力学模型 模量预测 压缩 编织角 

摘      要：编织铺层复合材料,国外学者大多称其为Over-braiding composites materials,它的应用领域越来越广泛,研究它的力学性能是目前国内外学者面临的主要问题之一。而且压缩性能作为力学性能中较难测定的难题之一,也是我们研究的重点方向。本课题主要是对编织铺层复合材料的压缩性能进行探讨,目的是得推导出一套表征或者能够在一定程度上定量描述其压缩时的弹性性能的计算方法,并对其压缩破坏模式作简要分析。首先,在立体式二维编织机上编织,设计编织所用芯模的尺寸,编织不同层数的编织铺层复合材料,在MTS 647 Hydraulic Wedge Grip仪器上进行压缩试验,测试不同编织层数的试样,得到编织铺层复合材料的压缩数据。其次,通过在体式显微镜下,观测编织铺层复合材料纱线走向,考虑纱线在交织处屈曲起伏,纤维轴向模量会有部分损失,提出纤维轴向模量损失系数ξ。通过测量编织复合材料中的基本参数,结合复合材料细观结构、弹性力学、迭层理论和多层等效弹性力学模型,利用推导出一套比较简单而实用的二维两轴编织铺层复合材料平均压缩模量的计算方法。最后,分析讨论多层碳纤维/环氧树脂编织铺层复合材料的压缩性能。主要考虑不同层数下不同编织角度的编织铺层复合材料平均压缩模量的变化规律及编织铺层复合材料的压缩破坏模式。结论分析表明:一、提出了一套较为精确地计算2×2结构编织铺层复合材料单层和多层的压缩弹性性能的方法,结果表明,该套计算方法与实测结果非常接近,是可行的。该套计算方法比较简单,适合于工程应用,比如复合材料制备过程中的性能评价,复合材料制备工艺的控制与改进,复合材料产品的设计等。二、对于编织铺层复合材料的进行压缩试验后可知:(1)在纤维体积分数基本保持一致的情况下,同一块板内,若编织角有差异,则编织角影响复合材料的压缩性能。编织角大的平均压缩模量小。随着层数增加,厚度增大,编织铺层复合材料的平均压缩模量呈下降趋势。(2)材料在未压缩破坏前,应力-应变曲线呈线性状态,在压缩初始阶段呈现弹性变形,随着应变的增加,应力迅速上升到最高值,达到最高值,下降相对于来说比较缓慢。(3)编织铺层复合材料压缩破坏过程,最主要的破坏形式是分层现象,这种破坏时分层现象的程度是介于单向布铺层复合材料和三维编织复合材料之间的。在同一试验条件下,随层数增加,层数多的编织铺层复合材料的破坏程度比层数少的严重些。在同一层中,编织角小的内侧破坏比编织角大的外侧厉害些。裂纹与加载方向呈一定角度,裂纹扩展未超过有效压缩长度。