整体中空夹层复合材料力学性能的数值分析与实验研究

摘要

整体中空夹层复合材料是利用三维机织方法将纱线整体织造成中空织物，再与环氧树脂复合而得到的一种新型轻质夹层结构复合材料，克服了传统夹层复合材料易分层、不耐冲击的弱点，整体性能良好。本文对整体中空夹层复合材料的力学性能从理论模型、数值分析和实验方面进行了较为全面的研究，得到了一些有益的结论。
　　 选取了整体中空夹层复合材料的最小结构单元，确定了几何参数和纤维体积含量的计算方法，建立了力学模型，并在此基础上预测了整体中空夹层复合材料的面内弹性常数，同时分析了不同织造参数下弹性性能的变化；对整体中空夹层复合材料的强度进行理论预测分析，并建立有可视化界面的整体中空夹层复合材料力学性能分析软件：通过输入织物相关织造参数即可得到纤维体积含量、面板的模量、平拉、平压、侧拉、侧压强度。
　　 应用MSC.Patran/Nastran软件对整体中空夹层复合材料进行参数化建模并结合实际破坏模式，采用合适的强度准则分析了平拉、平压、侧拉、侧压强度，并研究了参数对平压、平拉性能的影响。
　　 对整体中空夹层复合材料进行性能对比实验，通过实验值和理论预测值的对比，表明力学模型的正确性；同时比较得到该材料的优势所在及织造参数对其性能的影响。