基于不同三維機織結構的碳纖復合材料整體力學性能研究.pdf

1、隨著先進樹脂基復合材料在航空領域用量的不斷增加，碳纖復合材料，作為先進樹脂基復合材料的一種，已經成為最受關注的材料研究方向之一。傳統(tǒng)層合板復合材料具有優(yōu)良的面內力學性能，但Z向性能相對薄弱，易分層，低能量沖擊損傷大，而且人工鋪層成本高、效率低。因此，對一些外形復雜的復合材料結構設計，其增強體結構的選取正逐步轉向于三維紡織結構。對于三維紡織結構復合材料的研究多集中于三維預制件成型設計和面內經緯向力學性能對比，而缺乏三維紡織結構復合材料整體

2、力學性能分析，與三維增強體預制件結構之間的關聯研究較少。
　　本課題以不同三維機織結構為基礎，設計織造碳纖維三維機織結構增強體預制件，制備復合材料板，對比三種典型三維機織結構（淺交彎聯、淺交直聯和三向正交）的復材板結構性能差異，綜合分析其整體力學性能，為復合材料增強體結構性能設計和實際應用提供參考依據。
　　首先，利用T800碳纖維在劍桿織機上織造淺交彎聯、淺交直聯，及三向正交機織結構的預制件；通過USB電子顯微鏡表征織物試

3、樣表面形態(tài)。結果表明：三種結構預制件表面都有部分紗線損傷，其中，淺交彎聯結構預制件表面斷纖毛絲最多，淺交直聯結構預制件表面斷纖毛絲最少；
　　隨后，采用液體真空輔助成型（VARI）工藝，通過合理設計導流網形狀尺寸，制備三種不同三維機織結構的碳纖復合材料。依據ASTM測試標準，對不同結構的復合材料測試板件進行力學測試樣條尺寸設計及切割，從XYZ三個方向進行拉伸、彎曲、壓縮，以及短梁剪切四種不同類型的力學性能測試，對比分析三種結構碳纖

4、復合材料的各方向力學性能差異。根據對比可知：三向正交結構由于內部紗線伸直度最好，增強體預制件對復合材料制品的性能貢獻最大，經向力學性能最好；淺交直聯結構由于經紗屈曲度小，而且經緯聯鎖交織狀態(tài)清晰，各方面力學性能較為均衡，而且織物可織性最好，為三維機織復合材料增強體結構選取的最佳選擇；淺交彎聯結構由于頻繁的交織聯鎖，織物可織性最差，抗分層效果最好，但其他方面力學性能差，整體結構性能最差。
　　最后，引入指定零部件，根據零件XYZ三方