三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型_张超三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型_张超.pdf

第 卷第 期 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 ４５ ２ 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．２ 年 月 　　 　 　 　 　 　 　 ２０１３ ４ Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　＆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ 　Ａｐｒ．２０１３ 三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型 张 超 许希武 严 雪 　 　 　 　 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室 南京 （ ， ，２１００１６） 摘要：针对三维五向及全五向编织复合材料，基于四步法编织工艺携纱器的运动规律，研究了各单胞区域纱线的 运动轨迹和空间走向，给出了材料内胞、面胞和角胞的纱线拓扑结构。通过给 定一系列的位置节点和节点间线 性插值函数的方法来描述纱线空间轨迹。考虑纱线间的相互挤压状况，在假设编织纱和轴纱横截面形状分别为 扁平椭圆形和正方形的基础上，系统建立了三维五向及全五向编织复合材料的三单胞参数化结构模型。给出了 两种编织材料的纤维体积含量计算公式并进行了对比分析，明确了三维全五向编织复合材料 的轴向性能 优势。 分析了三维五向编织材料的表面多胞结构及三维全五向编织材料的内胞截面 图，并与实际 试件结构进行对 比， 结果表明本文所建模型合理准确。 关键词：三维五向；三维全五向；编织复合材料；三单胞；结构模型；参数化 中图分类号 文献标志码 文章编号 ：ＴＢ３３２　　　 ：Ａ　　　 ：１００５－２６１５（２０１３）０２－０１７０－０９ Ｔｈｒｅｅ　Ｕｎｉｔ－Ｃｅｌｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｍｏｄｅｌｓ　ｏｆ　３－Ｄ　Ｆｉｖｅ－Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ ａｎｄ　Ｆｕｌｌ　Ｆｉｖｅ－Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　Ｂｒａｉｄｅｄ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｚｈａｎｇ　Ｃｈａｏ，Ｘｕ　Ｘｉｗｕ，Ｙａｎ　Ｘｕｅ （Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ　Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ　＆ Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００１６，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｏｕｒ－ｓｔｅｐ　ｂｒａｉｄｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｏｔｉｏｎ　ｌａｗ　ｏｆ　ｙａｒｎ　ｃａｒｒｉｅｒｓ，ｔｈｅ　ｓｐａｔｉａｌ　ｍｏｖｅ－ ｍｅｎｔ　ｔｒａｃｅｓ　ｏｆ　ｂｒａｉｄｉｎｇ　ｙａｒｎｓ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｆｏｒ　３－Ｄ　ｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　ｆｕｌｌ　ｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｂｒａｉｄｅｄ　ｃｏｍｐｏｓ－ ｉｔｅｓ．Ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ　ｍｏｄｅｌｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｉｏｒ，ｓｕｒｆａｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｒｎｅｒ　ｒｅｇｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｆｏｒｍ　ａｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓ