圆形截面碳纤维编织复合材料管件力学性能研究

摘要

二维编织结构增强复合材料中的纤维相互交织，具有较高的整体性，使其轴向压缩性能和耐冲击性能都优于传统的复合材料管件。复合材料的力学性能与增强体的编织工艺以及树脂的性能关系密切。
　　首先，针对碳纤维在二维编织过程中不耐扭折、易受损断纱的现象，通过拉伸性能实验和导纱瓷眼折角磨损实验分析了碳纤维复丝的可编织性能。得出碳纤维复丝的断裂强度远高于其他纤维，但延伸性差。同时探讨了纱管缠绕过程中应注意的几个问题。在24锭二维编织机上编织了几种不同工艺参数的碳纤维编织物，研究了编织工艺对织物外观起毛状况及力学性能的影响。得出影响碳纤维复丝在导纱瓷眼处折角磨损程度大小的因素依次为牵引力、折角、编织速度；编织纱线根数不变的情况下，编织节距的减小，二维编织物平方米重增加，起毛严重，编织物的拉伸断裂强力降低。
　　其次，通过优化二维编织增强复合材料管件复合工艺，制作了碳纤维含量较高的碳纤维复合材料管件，同时对管件进行了轴向压缩性能测试，分析并探讨了编织参数对复合材料管件纤维体积含量及轴向压缩性能的影响。得出优化后的复合工艺可保持复合材料管件纤维体积含量在20％-40%之间，同时使得复合后管件的内径达到一致；编织速度不变的情况下，随着编织节距的减小编织角逐渐增加，纤维体积含量逐渐增加，当编织节距减小到一定程度后，纤维体积含量增加变缓，而轴向压缩强度先升高后降低，当编织角为46°时，轴向压缩强度达到最大。同时借助耐冲击设备对复合材料管件进行了耐冲击性能试验，分析了关键破坏过程中力—位移变化趋势。
　　最后，利用SolidWorks软件建立了二维编织预制件的三维几何模型，较为准确的模拟了其编织过程中纱线的编织走向和交织状况。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 二维编织复合材料管件研究现状

1.3 二维编织复合材料的应用

1.4 本课题研究的主要内容及意义

第2章 碳纤维的性质及二维编织工艺

2.1 高强高模纤维

2.2 高强高模纤维编织性能分析

2.3 二维编织机及编织工艺

2.4 碳纤维预制件制备及编织工艺优化

2.5 本章小结

第3章 二维编织复合材料管件制备

3.1 复合材料基体

3.2 复合成型工艺

3.3 复合材料试样的制备

3.4 试样基本参数的测定

3.5 本章小结

第4章 二维编织复合材料管件的压缩性能分析

4.1 试验原理及方法

4.2 压缩性能分析

4.3 本章小结

第5章 二维编织复合材料管件耐冲击性能分析

5.1 耐冲击试验

5.2 耐冲击性能实验测试与结果分析

5.3 本章小结

第6章 二维编织预制件结构几何模型的建立

6.1 二维编织复合材料几何模型的发展

6.2 二维编织预制件几何模型建立

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢