UHMWPE纬编针织复合材料的力学性能研究

发布时间：2017-12-22 13:29

  本文关键词：UHMWPE纬编针织复合材料的力学性能研究　出处：《天津工业大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： UHMWPE 纬编复合材料 损伤分析 冲击性能 有限元模拟

【摘要】：使用纺织结构作为增强体的复合材料称为纺织复合材料,由于其成本低、质量轻等,现已广泛应用于安全防护等众多领域。纬编针织物作为纺织复合材料增强体的一种,赋予了复合材料很多优点：如成型性、悬垂性和延伸性较好,具有优良的抗冲击性能和能量吸收性能等；UHMWPE(超高分子量聚乙烯)纤维是继碳纤维、芳纶纤维后的第三代高强高模纤维,以其杰出的耐磨性、优异的抗冲击性和较低的摩擦系数而备受人们亲睐,是高性能复合材料优选的增强纤维。本课题对UHMWPE纤维纬平针织复合材料的力学性能进行了研究,并采用有限元的方法模拟其冲击性能,希望能为安全防护材料的进一步探讨提供一定的实验数据与理论参考。本课题采用UHMWPE复合长丝为实验原料,以纬平针组织织物作为增强体,首先研究了UHMWPE纤维在针织机上的织造工艺,编织出符合试验要求的纬平针织物。选取目前较先进的复合材料制备工艺VARTM(真空辅助树脂传递模塑成型技术)以及符合此工艺要求的低粘度、浸润性良好的环氧树脂为基体,采用垂直铺层方式成功制备出三种不同层数(即4、6、8层)的纬平针结构复合材料。其次,对不同层数的纬平针织复合材料进行力学性能测试,通过应力-应变曲线分析,结果表明：总体力学性能上,4层复合材料的承受能力最差,6层的次之,8层的最好,说明复合材料的层数对复合材料的力学性能影响较大。接着从试样的损伤情况以及扫描电镜微观图观察发现：复合材料均有不同程度的损伤,纤维有断裂且出现少量抽拔,有轻微的分层现象。还对复合材料进行了相同层数不同能量的冲击以及不同层数相同能量的冲击研究,发现相同层数下,随着冲击能量的增大试样破坏情况越严重；相同能量下,随着层数的增加,试样能够承受的冲击力也增大,即8层复合材料的力学性能最好。最后采用先进的有限元模拟技术、ANSYS Workbench软件对4层纬平针织复合材料进行低速冲击模拟,对模拟结果进行分析,与实验中的现象做比较,发现现象较吻合,有的损伤肉眼可以直接看到,然而有的损伤实际存在却不被发现,因此对复合材料的冲击进行模拟十分有必要,有限元模拟能够将冲击过程的损伤情况呈现出来,为进一步研究防护材料等工作起到了铺垫作用。
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TS186.2;TB33

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本文编号：1319699