2.5D碳/环氧编织复合材料的细观结构及弹性性能研究

摘要

在当前航空航天工业迅速发展的大环境下，短周期、低成本以及高性价比的航空航天结构件倍受青睐。2.5D编织复合材料就非常具有潜力，它不仅能有效地避免二维编织层间性能差和三维编织异型结构困难的缺点，而且它能降低成本、缩短生产周期，容易制备出回转构件。但目前对这种材料的力学性能的研究还很少，而对其剪切、扭转性能以及在动态冲击载荷作用下的损伤与破坏行为方面的研究更是寥寥无几。加之编织复合材料的非均匀性、各向异性以及内部不可避免的存在裂纹与空洞、界面缺陷等，导致其损伤演化与增长行为十分复杂，我们有必要从2.5D编织复合材料的力学性能研究入手，从细观角度对其刚度、强度、破坏后剩余强度以及稳定性进行全面研究。因此，本文针对2.5D编织碳/环氧复合材料，对材料细观结构及弹性性能进行了实验和数值模拟研究
　　首先，从实验角度对2.5D碳/环氧编织复合材料在不同载荷条件下的拉伸、压缩以及剪切性能进行了研究。获得了2.5D编织复合材料在不同载荷作用下的主要力学参数，分析了尺寸效应对材料性能的影响，并对该种材料的破坏模式进行了简要分析。
　　其次，对2.5D编织材料的细观结构进行了研究，建立2.5D不同编织方式的理想细观几何模型，并与RTM工艺生产中的2.5D编织复合材料细观结构进行对比分析，分析编织参数（包括如编织角、纱线绕行方式、纤维束截面形状、纤维的体积含量以及纤维曲折）对2.5D编织复合材料力学性能的影响。
　　最后，以经向增强2.5D碳/环氧编织复合材料为例，使用有限元软件对单胞尺度的2.5D编织复合材料的弹性性能进行研究，模拟材料在不同载荷（拉伸、压缩和剪切）作用下的力学响应，从而得到用力应变关系，最终求出材料的模量和泊松比。将试验结果与数值模拟结果进行对比分析，验证2.5D有限元模型的有效性并最终确定该种材料的有效属性。

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表清单

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的与意义

1. 2 三维编织复合材料的力学性能研究进展

1.3 2.5D编织复合材料的力学性能研究进展

1.4 本文的主要研究内容

第2章 2.5D编织复合材料的静态实验研究

2.1 引言

2.2 经向增强2.5D编织复合材料的拉伸实验

2.3经向增强2.5D碳/环氧编织复合材料的压缩实验

2.4经向增强2.5D编织复合材料的剪切实验

2.5 实验结果分析

2.6 本章小结

第3章 2.5D编织复合材料的细观结构

3.1 引言

3.2 2.5D编织结构

3.3 关于有限元单胞模型

3.4 本章小结

第4章 2.5D编织复合材料刚度的有限元分析

4.1 引言

4.2 经向增强2.5D编织复合材料的有限元模型

4.3 数值计算结果及与实验结果对比分析

4.4本章小结

结论

参考文献

声明

致谢