管状三维五向编织材料编织工艺优化及其性能研究

摘要

三维整体编织复合材料具有良好的综合性能，被广泛应用于航空、航天及交通运输等领域。三维五向管状编织复合材料用于制作高性能的航天飞行器部件，对该类复合材料的研究具有重要的意义。三维五向管状编织材料的编织工艺复杂并且编织预制件的结构难以理解，对这类复合材料的研究还不是很多。
　　 本文基于三维五向管状编织材料编织结构的对称性和单胞的重复性，建立了新的简化单胞几何分析模型来描述编织材料的几何特性。根据编织结构的单胞分布规律以及单胞形态，建立了单胞的几何特性与编织工艺参数之间的数学关系，推导了该类编织复合材料纤维体积百分含量的计算公式并对其进行了预测。依据三维五向管状编织材料的单胞扇形横截面面积等效于一个正方体横截面面积并且单胞径向厚度等于该正方体横截面边长的方法，研究了优化的编织阵列和编织纱线截面参数。
　　 将预测出来的管状三维五向编织复合材料纤维体积百分含量与实验结果进行对比分析，计算数据与实验数据相吻合且变化趋势相似，验证了本文建立的简化单胞几何模型是合理的，与实际生产的编织结构一致，为以后对这类编织材料进行深入研究提供了条件。
　　 用VC++6.0语言将推导的三维五向管状编织工艺参数优化及计算纤维体积百分含量的公式编写专用程序，开发了一套能够预测管状回转体三维五向编织复合材料的纤维体积百分含量和优化编织工艺参数的应用软件，这种软件包为该类复合材料的编织工艺及力学性能进行深入研究奠定了基础。