2.5D角联锁织物纬向弯曲成型性的实验研究

摘要

纤维增强复合材料具有比强度、比模量高和抗疲劳性能好等优良的力学性能，在航空航天、船舶、车辆以及民用基础设施等领域的应用逐渐从次承力发展到主承力结构件。航空航天领域对高性能复合材料需求的推动使得三维纺织技术得到了迅速发展，三维纺织复合材料也受到了越来越多的关注。在众多类型的纤维增强结构中，三维机织物是一种常用的纤维增强形式。2.5D角联锁织物是三维机织物的一个重要分支，其特点是:纱线沿与织物的厚度方向呈一定角度的方向配置，具有更好的柔韧性和成型能力。
　　本文首先深入研究2.5D角联锁织物纬向弯曲成型机理，提出了一种评价三维织物成型性的方法。该评价方法简单、评价结果直观，且受织物厚度和织物结构限制小。对比分析了织物结构对2.5D角联锁织物纬向成型性的影响，为复杂异型复合材料构件增强材料结构的设计以及板形织物在模具约束作用下异形成型实际生产应用提供理论依据。
　　基于成熟的织造工艺，设计并织造了纤维体积含量为50％的2.5D角联锁织物。从织物结构入手，分别选取纬纱层数为15层的2.5D角联锁结构、纬向增强2.5D角联锁结构、经向增强2.5D角联锁结构、经纬双向增强2.5D角联锁结构和纬纱层数为12层的2.5D角联锁结构。下机后的板形织物在设计模具的约束作用下发生纬向弯曲成型，通过对弯曲成型后的织物进行图片采集，进而分析织物宏观尺度下的织物表面形态变化，以及树脂浸透形成的复合材料进行研磨剖光，分析织物细观尺度下的纱线形态变化。通过实验观测分析2.5D角联锁织物纬向弯曲成型机理得出，织物在发生弯曲成型过程中会产生一定的弯曲弹性能量。弯曲弹性能量通过交织的纱线和纱线间空隙完成传递释放这一过程，当弯曲弹性能量仅通过纱线滑移和空隙面积减小达到完全释放时，织物表面没有褶皱产生;而当弯曲弹性能量不能在织物结构内完全释放时，织物表面会产生褶皱。
　　观测不同结构2.5D角联锁织物弯曲成型性得出，接结经纱在弯曲中心处发生不同程度的滑移;衬纬纱对织物纬向弯曲成型性的影响很小，而衬经纱对成型性影响很大;经向增强2.5D角联锁织物和经纬双向增强2.5D角联锁织物弯曲中心处有明显褶皱;比较分析织物向外凸起和向内凹陷两种弯曲成型效果，得出采用向外凸起弯曲成型方式时2.5D角联锁织物整体成型性较好。因此，纤维体积含量相当的条件下，纬向弯曲成型好的为2.5D角联锁织物和纬向增强2.5D角联锁织物。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 织物的成型性

1．3 二维织物成型性研究现状及水平

1．4 三维织物成型性研究现状及水平

1．5 存在的问题

1．6 课题的目的、意义及研究内容

1．6．1 课题的目的及意义

1．6．2 课题研究内容

第二章 2．5D角联锁织物的设计与织造及细观结构

2．1 2．5D角联锁织物的分类

2．1．1 按织物结构分类

2．1．2 按织物厚度分类

2．2 织造准备

2．2．1 纤维原料

2．2．2 织造设备

2．3 织物织造

2．3．1 织造原理

2．3．2 织物的参数设计

2．3．3 织物的上机织造过程

2．4 织造过程中应注意的问题

2．5 2．5D角联锁织物的形态及细观结构观测

2．5．1 织物表面形态

2．5．2 内部纱线结构

2．6 本章小结

第三章 2．5D角联锁织物纬向弯曲成型性理论分析

3．1 织物变形理论

3．1．1 织物宏观变形机制

3．1．2 织物细观变形机制

3．1．3 织物变形过程中载荷-位移曲线

3．2 2．5D角联锁织物弯曲成型的理论假设

3．2．1 铰链连接模型

3．2．2 几点理论假设

3．3 2．5D角联锁织物V型弯曲受力分析

3．4 织物理想变形几何模型

3．5 2．5D角联锁织物的Z型弯曲成型

3．6 织物成型性的一般表征

3．7 表征2．5D角联锁织物成型性指标

3．7．1 宏观表征指标

3．7．2 细观表征指标

3．8 本章小结

第四章 2．5D角联锁织物纬向弯曲成型性的实验分析

4．1 纱线法向叠加弯曲成型实验

4．2 实验准备

4．2．1 试样制备

4．2．2 模具准备

4．2．3 织物纬向弯曲成型

4．2．4 试样后处理

4．3 结果与分析

4．3．1 载荷-位移曲线

4．3．2 宏观尺度变化

4．3．3 细观尺度变化

4．4 几何模型建立

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况

致谢