玻璃纤维经编织物屈曲分析及其复合材料力学性能分析

摘要

以多轴向织物为基布的复合材料具有薄壁化、质量轻、耐冲击性强、形态稳定性好、灵活的设计性等优点，已广泛应用于航空航天、风力发电叶片、交通运输等领域。而纤维织物的物理力学性能，除了与纤维本身特性有关外，还与纤维编织工艺密切相关。编织工艺在很大程度上决定了后续玻璃纤维增强复合材料及产品的物理力学性能。 本文以玻璃纤维经编多轴向织物为研究对象，主要研究了玻璃纤维经编多轴向织物的制作工艺、拉伸性能以及屈曲行为，并对玻璃纤维织物增强树脂基复合材料的拉伸性能做了试验分析，利用ANSYS Workbench对其抗冲击性能进行了有限元模拟。主要研究内容及结果如下： （1）基于多尺度理论，对玻璃纤维经编织物的等效弹性常数进行了理论推导，得到弹性常数的表达式。 （2）对组成玻璃纤维织物的两种规格玻璃纤维束以及玻璃纤维经编织物进行了拉伸试验，测得纤维束的本构关系和织物的弹性常数。最后试验结果与理论计算结果进行了对比分析，两者结果吻合较好。 （3）根据复合材料制作工艺将玻璃纤维经编多轴向织物和玻璃纤维方格织物分别制作成复合材料，对这两种复合材料的拉伸性能进行了试验对比分析。结果显示玻璃纤维经编多轴向织物增强复合材料的拉伸力学性能会比方格织物增强复合材料的高10%左右。 （4）利用有限元软件对玻璃纤维经编多轴向织物进行了屈曲模拟，分析了玻璃纤维织物在生产过程中出现荷叶边的原因，利用分析结果为织物的生产进行技术指导。通过分析得到纤维布的变形是纤维织物在生产过程中由于针床上的针梳对纤维束有拉力的作用，而此拉力超过了每个方向的屈曲临界荷载，使得纤维布发生了屈曲变形，这个屈曲变形是三个方向上的变形叠加的结果。 （5）利用ANSYS Workbench对玻璃纤维经编织物增强树脂基复合材料板的抗冲击性能进行了有限元分析，研究了复合材料板在不同冲击速度作用下，位移随时间的变化和应力随时间的变化，并对损伤区域进行了分析。对比了不同铺层数量和铺层顺序的层合板的抗冲击性能，为复合材料的应用提供安全根据。

目录

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 多轴向经编技术的简介

1.3 国内外研究现状

1.4 论文的主要内容

第2章 纤维织物弹性常数的理论计算

2.1 玻璃纤维经编织物编织工艺

2.2 玻璃纤维织物弹性常数的细观力学分析

2.3 玻璃纤维经编织物的等效弹性模量

2.4 玻璃纤维经编织物的面内泊松比

2.5 玻璃纤维经编织物的剪切模量

第3章 玻璃纤维束及纤维织物拉伸性能研究

3.1 玻璃纤维束拉伸性能研究

3.2 纤维织物拉伸性能研究

3.3 小结

第4章 织物增强树脂基复合材料的制作工艺与试验研究

4.1 引言

4.2 纤维增强环氧树脂制造工艺

4.3 织物增强复合材料的拉伸力学性能测试

4.4 本章小结

第5章 玻璃纤维经编多轴向织物的屈曲有限元模拟

5.1 引言

5.2 屈曲分析求解方法

5.3 玻纤经编多轴向织物的屈曲有限元分析

5.4 本章小结

第6章 织物增强树脂基复合材料冲击性能的有限元模拟

6.1 引言

6.2 层合板的失效判断准则

6.3 复合材料的冲击性能分析

6.4 结论

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢