發(fā)布時(shí)間：2018-08-11 18:29

【摘要】：編織鋪層復(fù)合材料,國外學(xué)者大多稱其為Over-braiding composites materials,它的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛,研究它的力學(xué)性能是目前國內(nèi)外學(xué)者面臨的主要問題之一。而且壓縮性能作為力學(xué)性能中較難測定的難題之一,也是我們研究的重點(diǎn)方向。本課題主要是對編織鋪層復(fù)合材料的壓縮性能進(jìn)行探討,目的是得推導(dǎo)出一套表征或者能夠在一定程度上定量描述其壓縮時(shí)的彈性性能的計(jì)算方法,并對其壓縮破壞模式作簡要分析。首先,在立體式二維編織機(jī)上編織,設(shè)計(jì)編織所用芯模的尺寸,編織不同層數(shù)的編織鋪層復(fù)合材料,在MTS 647 Hydraulic Wedge Grip儀器上進(jìn)行壓縮試驗(yàn),測試不同編織層數(shù)的試樣,得到編織鋪層復(fù)合材料的壓縮數(shù)據(jù)。其次,通過在體式顯微鏡下,觀測編織鋪層復(fù)合材料紗線走向,考慮紗線在交織處屈曲起伏,纖維軸向模量會(huì)有部分損失,提出纖維軸向模量損失系數(shù)ξ。通過測量編織復(fù)合材料中的基本參數(shù),結(jié)合復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)、彈性力學(xué)、迭層理論和多層等效彈性力學(xué)模型,利用推導(dǎo)出一套比較簡單而實(shí)用的二維兩軸編織鋪層復(fù)合材料平均壓縮模量的計(jì)算方法。最后,分析討論多層碳纖維/環(huán)氧樹脂編織鋪層復(fù)合材料的壓縮性能。主要考慮不同層數(shù)下不同編織角度的編織鋪層復(fù)合材料平均壓縮模量的變化規(guī)律及編織鋪層復(fù)合材料的壓縮破壞模式。結(jié)論分析表明:一、提出了一套較為精確地計(jì)算2×2結(jié)構(gòu)編織鋪層復(fù)合材料單層和多層的壓縮彈性性能的方法,結(jié)果表明,該套計(jì)算方法與實(shí)測結(jié)果非常接近,是可行的。該套計(jì)算方法比較簡單,適合于工程應(yīng)用,比如復(fù)合材料制備過程中的性能評價(jià),復(fù)合材料制備工藝的控制與改進(jìn),復(fù)合材料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)等。二、對于編織鋪層復(fù)合材料的進(jìn)行壓縮試驗(yàn)后可知:(1)在纖維體積分?jǐn)?shù)基本保持一致的情況下,同一塊板內(nèi),若編織角有差異,則編織角影響復(fù)合材料的壓縮性能。編織角大的平均壓縮模量小。隨著層數(shù)增加,厚度增大,編織鋪層復(fù)合材料的平均壓縮模量呈下降趨勢。(2)材料在未壓縮破壞前,應(yīng)力-應(yīng)變曲線呈線性狀態(tài),在壓縮初始階段呈現(xiàn)彈性變形,隨著應(yīng)變的增加,應(yīng)力迅速上升到最高值,達(dá)到最高值,下降相對于來說比較緩慢。(3)編織鋪層復(fù)合材料壓縮破壞過程,最主要的破壞形式是分層現(xiàn)象,這種破壞時(shí)分層現(xiàn)象的程度是介于單向布鋪層復(fù)合材料和三維編織復(fù)合材料之間的。在同一試驗(yàn)條件下,隨層數(shù)增加,層數(shù)多的編織鋪層復(fù)合材料的破壞程度比層數(shù)少的嚴(yán)重些。在同一層中,編織角小的內(nèi)側(cè)破壞比編織角大的外側(cè)厲害些。裂紋與加載方向呈一定角度,裂紋擴(kuò)展未超過有效壓縮長度。
[Abstract]:The braided laminated composite is often referred to as Over-braiding composites material by foreign scholars. Its application is becoming more and more extensive, and the study of its mechanical properties is one of the main problems faced by scholars at home and abroad. As one of the difficult problems in mechanical properties, compression performance is also the focus of our research. This paper mainly discusses the compressive properties of braided laminated composites. The purpose of this paper is to deduce a set of calculation methods which can describe the elastic properties of braided laminated composites or describe quantitatively the compressive properties of braided composites to a certain extent. The compression failure mode is analyzed briefly. First of all, braiding on the three-dimensional two-dimensional braiding machine, designing the size of the core die for braiding, braiding different layers of braided laminated composites, and carrying out compression tests on the MTS 647 Hydraulic Wedge Grip instrument to test the samples with different braiding layers. The compression data of braided laminated composites were obtained. Secondly, by observing the yarn direction of braided laminated composite yarn under the shape microscope, considering the buckling and undulating of the yarn at the interlaced place, the axial modulus of the fiber will be partially lost, and the coefficient 尉 of the axial modulus loss of the fiber is put forward. By measuring the basic parameters of braided composites, combining the microstructure of composites, elastic mechanics, lamination theory and multi-layer equivalent elastic mechanics model, A simple and practical method for calculating the average compression modulus of two-dimensional two-axis braided composites is derived. Finally, the compressive properties of multilayer carbon fiber / epoxy braided composites are analyzed and discussed. The variation of average compression modulus of braided laminated composites with different braiding angles and the compressive failure mode of braided laminated composites are considered. The results show that: firstly, a set of methods to calculate the compressive elastic properties of 2 脳 2 braided composite materials are presented. The results show that this method is very close to the measured results and is feasible. The method is simple and suitable for engineering applications, such as the evaluation of properties in the preparation of composite materials, the control and improvement of the preparation process of composite materials, the design of composite products and so on. Secondly, the compression tests of braided laminated composites show that: (1) when the fiber volume fraction is basically the same, if the braiding angle is different, the braiding angle will affect the compression properties of the composites. The average compression modulus with large braiding angle is small. With the increase of layer number and thickness, the average compression modulus of braided laminated composites decreases. (2) the stress-strain curve of braided laminates shows linear state before compression failure, and shows elastic deformation at the initial stage of compression. With the increase of strain, the stress rises rapidly to the highest value and reaches the highest value, and the decrease is relatively slow. (3) the main failure form of braided composite is delamination. The degree of delamination is between unidirectional laminated composites and three-dimensional braided composites. Under the same test conditions, with the increase of the number of layers, the degree of failure of the braided composite with more layers is more serious than that of the number of layers. In the same layer, the inner side with a small braiding angle is more destructive than the outer side of the braided angle. The crack is at a certain angle to the loading direction, and the crack propagation is no longer than the effective compression length.
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB332

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本文編號：2177853