多向编织复合材料的力学性能研究.PDFVIP

第 29 卷 　第 2 期 力　学　进　展 Vol. 29 　No. 2 1999 年 5 月 25 日 ADVANCES IN MECHAN ICS May 25 , 1999 多向编织复合材料的力学性能研究 梁　军　陈晓峰　庞宝君　杜善义 哈尔滨工业大学航天学院 , 哈尔滨　150001 摘　要 　综述并评价了关于二维和三维编织复合材料的有效弹性模量研究的代表性工作 , 并从 材料设计的思想出发 , 宏观与微观相结合 , 材料科学与力学相结合 , 对多向编织复合材料的宏 观力学性能与细观织物结构、组分性能的关系及编织复合材料非线性行为进行了详细的理论分 析和研究. 关键词 　编织复合材料 , 力学性能 , 材料设计 , 细观力学 1 　引 　言 　　编织复合材料由于其具有一系列无法替代的优点 , 被称作第三代纤维增强复合材料 , 广泛 地应用于航空航天等高科技领域. 它主要指一类由高级纤维的二维或三维编织物增强的结构复 合材料 , 与单向增强的复合材料层板相比 , 编织复合材料层板在改进层间层内强度、损伤容限 和热应力失配等方面具有巨大的潜力 , 这是由于编织复合材料的细观可设计性 , 为宏观力学性 能优化提供了较为广阔的余地. 材料的细观力学和细观设计理论几乎与复合材料本身同步发展 , 并且在材料细观结构与宏 观性能之间关系的这一关键问题上进行了长期的探索 , 特别是近 20 年来 , 取得了许多研究成 果 , 并逐渐形成了细观力学这一学科分支 , 人们力图依照细观力学的原理来设计和优化复合材 料 , 推动新型复合材料的研制和发展[1 ] . 对于编织复合材料来说 , 力学性能预报与材料优化 设计同样是其研制开发的重要环节 , 是实现编织复合材料结构优化的保证. 多向编织复合材料 的发展决定于编织复合材料工艺技术 , 包括预制件的编织技术和基体的浸渍复合技术等的发 展 , 从目前的技术水平来看 , 编织复合材料研制成本高、研制周期长 , 是其进一步发展的主要 障碍. 因此 , 在材料研制和结构设计初期充分地进行材料性能预报与材料优化设计是非常必要 的 , 并将成为国内外学术界研究的热点. 2 　平面编织复合材料的线性与非线性分析 　　平面编织复合材料的增强相是二向 (2D) 织物 , 其特性以相邻纤维束的间距、纤维束尺 寸、每个方向上纤维束的百分含量、纤维束的填充效率和交织线型的复杂程度来表征 ,虽然编织 物的几何形状可作多种改进 ,但织物结构的内在强度取决于二维平面织物层间的粘结强度. 编织 收稿日期 : 1998 - 01 - 14 , 修回日期 :1998 - 05 - 14 　 1·97 · © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 结构复合材料的宏观性能主要取决于纤维的编织构造 ,纤维束与基体材料的类型 ,纤维束与基体 之间界面的损伤等因素. 根据复合材料的构成方式和组分材料的性质 ,用细观力学的分析方法从理论上估算它的性 能 ,是复合材料研究与开发的一个重要手段[2 ] . 对于平面织物复合材料 , 由于在织物中纤维束纵 横交错形成波纹状 ,引起复合材料在织物面内和面外的耦合变形 ,从而对复合材料的宏观性能产 生了重要的影响. T. Ishikawa