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第２６卷第３期天津工业大学学报Ｖｏ１．２６Ｎｏ．３

２００７年６月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＴＩＡＮＪＩＮｐＯＬＹＴＥＣＨＮＩＣＩⅡＶＥＲＳＩＴＹＪｕｎｅ２ｏ０７

三维四向编织复合材料等效弹性性能分析

陈栋，孙颖，马振杰，陈利

（天津工业大学先进纺织复合材料教育部重点实验室，天津３００１６０）

摘要：在确立三维四向编织复合材料数字化单胞力学分析模型的基础上，运用均匀化方法对三维编织复合材料

的等效弹性性能进行了分析计算，并讨论了编织角和纤维体积含量对此材料等效弹性性能的影响、

关键词：三维编织复合材料；均匀化；细观结构；数字化模型；有限元法

中图分类号：ＴＳ１８６．９；ＴＢ３３２文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—０２４Ｘ（２００７）０３．０００６．０４

ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓＯｉｅｌｌａｓｔｉｃｂｅｈａｖｉｏｒｏｆ

３Ｄ４－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ

ＣＨＥＮＤｏｎｇ，ＳＵＮＹｉｎｇ，ＭＡＺｈｅｎ－ｊｉｅ，ＣＨＥＮＬｉ

（ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｘｔｉｌｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓｏｆＭｉｎｉｓｔｙｒｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＴｉａｎｊｉｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ

３００１６０，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅｄｉｇｉｔｉｚｅｄｃｅｌｌｍｏｄｅｏｌｆｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｏｕｒ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｉｓｅｓ．

ｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｔｈｅｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｏｕｒ—ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙｔｈｅ

ｄｉｇｉｔｉｚｅｄｃｅｌ・ｌｂａｓｅｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ（ＤＣＢ—ＦＥＭ），ａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｂｒａｉｄｉｎｇｎａｇｌｅａｎｄｔｈｅｆｉｂｅｒ

ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎｉＳｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｈｏｍｏｇｅｎｉｚａｔｉｏｎ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｄｉｇｉｔｉｚｅｄｃｅｌｌｍｏｄｅｌ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ

ｍｅｔｈｏｄ

三维编织复合材料是近年来迅速发展的工程结构叠合而成．其内部单胞模型如图１所示．

复合材料，具有整体性能好、力学结构合理、抗损伤容

限和抗裂纹扩展能力高等特点，这为其应用于主承力

结构件提供了广阔的前景¨ｊ．三维编织复合材料的力

学性能不仅取决于各组分材料的性能，还取决于其细

观结构．三维编织结构中纱线空间呈多向分布，并相互

交织形成了具有周期性的纱线结构，正是由于细观结

构的复杂性，使得三维编织复合材料的力学性能分析

变得十分困难．笔者基于数字化单胞模型的有限元分

析方法，建立了三维四向编织复合材料均匀化问题的

数值计算方法，分析计算了该类材料的等效弹性常数，