编织复合材料切边后的力学性能试验毕业论文.doc

编织复合材料切边后的力学性能试验毕业论文 目 录 1 绪论 1 1.1 课题背景及目的 1 1.2 三维编织复合材料概述 2 1.2.1 三维编织复合材料 3 1.2.2 三维编织复合材料的制作工艺 4 1.3 三维编织复合材料的特性 4 1.3.1 三维编织复合材料的结构特性 4 1.3.2 三维编织复合材料的力学特性 5 1.4 国内外研究状况及相关领域已有的研究成果 7 1.4.1 国内外的研究现状 7 1.4.2 存在的问题 7 1.5 课题研究的内容 8 2 三维编织复合材料切边前后力学性能研究 9 2.1三维四向编织复合材料力学试验 9 2.1.1 切割方法的设计 9 2.1.2 试件种类编号 10 2.1.3 试验准备 10 2.1.4 试件的制备 12 2.1.5 拉伸试验 13 2.1.6 压缩试验 22 2.1.7 节试验总结 29 2.2 三维全五向复合材料力学试验 30 2.2.1 三维全五向编织结构 30 2.2.2 三维全向编织工艺 30 2.2.3 试件编号 30 2.2.4 测试结果 31 3 切边工艺对三维编织复合材料细观结构的影响 33 3.1 四步法三维编织工艺 33 3.2 基本假设 33 3.3 切边工艺对三维编织复合材料细观结构的影响 35 3.3.1 编织纱线的面内运动规律 35 3.3.2 编织纱线的空间运动规律 37 3.3.3 切割后三维编织复合材料的空间运动规律 39 3.4 切边对预制件内纱线长度的影响 40 3.5 切边三维编织复合材料的破坏模式与分析 42 3.5.1 拉伸破坏模式及分析 43 3.5.2 压缩破坏模式及分析 45 结论 47 致谢 49 参考文献 50 1绪论 1.1课题背景及目的 20世纪以来，随着航空、航天、汽车、船舶、能源等工业的迅猛发展，对材料的性能要求日益提高和严格，如减轻重量、提高强度、降低成本等。复合材料正是适应这一需求逐渐发展起来的。复合材料是适应现代科学技术发展涌现出的具有极大生命力的材料，它是两种或两种以上的、性能不同的材料由人工构成的多相固体材料，它可以充分发挥单一组成材料的优点，克服其弱点，具有单一材料所无法比拟的优越的综合性能。例如:复合材料比强度高、比刚度高，且具有较好的抗疲劳性、减振性、高温性、易成型性等许多优点，以及一些特殊的声、电、磁等优良性能，而且可根据使用条件的要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能[1]。迄今，复合材料己广泛用于航天、航空、汽车、船舶、建筑、能源、化工、医疗、运动器械以及生活用品等领域。 由于传统的复合材料在层与层之间没有增强纱线或纤维的联接，因而其几何特征和力学性能在一定程度上影响了产品的使用范围。随着航天、航空技术的发展，传统的层合复合材料已不能完全满足某些产品对性能方面的迫切需求，如恶劣环境中高速飞行的航天器，其材料要具备轻质高强、防热、隔热等多功能[2]。为了克服这些不足，在20世纪80年代初，国外成功研究了三维编织设备、三维异型整体编织技术和三维编织复合材料。三维编织复合材料是指由纤维或纱线编织成的预成型件与基体材料复合而成的复合材料，它是三维编织技术和现代复合材料相结合的产物。三维编织结构预成型件是具有多轴纤维取向高度整体化的连续集合体，从根本上克服了传统复合材料由于层间没有纱线通过而容易分层的弊病。它的出现引起了各国科技界的高度重视，一些发达国家如美国、法国、德国、俄罗斯等都投入大量的人力和物力进行研究开发，尤其是美国航空航天局制定了六年的发展先进复合材料技术的ACT计划，投资1亿多美元来开发三维编织技术和自动化加工，以提高复合材料的强度和耐冲击性，并可实现一体成型。以三维编织结构为增强相的复合材料其预制件可以一次编织成型，纤维贯穿材料的长、宽、高三个方向，形成一种三维整体网状结构[3-6]，相对于传统的层合板复合材料有很大的优越性。首先，三维编织复合材料在厚度方向上提供了更大的刚度和强度;其次，它克服了传统的层合板复合材料易分层、开裂敏感和损伤扩展快，层间强度低，抗冲击损伤性能差的缺点;第三，三维编织复合材料拥有良好的可设计性、整体异型性及净尺寸制造等优点。因而近年来受到工程界和学术界的极大关注，成为航空、航天等高科技领域的重要的材料，并在交通运输、电子工业、石油化工、建筑领域及体育用品和医疗器械等方面得到了应用[7-12]。 三维编织工艺具有很强的灵活性、适应性，可以巧妙地通过控制编织纱线的一端