基于不同细度碳纤维2.5D增强机织复合材料力学性能研究
本文选题:2.5D机织复合材料 + 2.5D层-层角联锁结构 ; 参考:《天津工业大学》2017年硕士论文
【摘要】:2.5D机织复合材料作为三维机织复合材料的一种,结构不分层,具有三维.机织复合材料的强度高、比刚度高、耐腐蚀、厚度方向良好的力学性能等优点,同时还有三维机织复合材料所不具有的优异的可设计性等优点,是三维机织复合材料的重要分支,已经被广泛应用于航天航空、军事、船舶及汽车等多个领域,所以对于2.5D机织复合材料的力学性能研究就有重要意义。本质上,复合材料的力学性能由其增强体所决定,影响增强体性能的关键是增强体的结构、所用的原料和织造设计参数。本课题以三种不同细度的碳纤维为经、纬纱原料,基于2.5D层-层角联锁结构,利用相似2.5D织物设计方法,对织物进行合理的参数设计,并采用普通小样织机织造得到六块不同细度原料的2.5D层-层角联锁结构机织物,通过RTM复合工艺技术与环氧树脂复合得到2.5D层-层角联锁结构碳纤维复合材料。通过万能强力机测得拉伸、弯曲、压缩力学性能,得到的结论如下:在普通2.5D角联锁结构中纤维细度的改变影响预制件织物中经纱的屈曲状态与弯曲程度,继而影响到材料的拉伸性能,拉伸性能经、纬向均表现为12K3K6K。碳纤维原料细度的改变影响的是一定数目纤维束群的聚集分布情况,纤维细.度越大的碳纤维纤维束群集聚情况越明显,集聚情况会影响树脂与材料间孔洞的产生,弯曲性能表现为经向:3K12K6K;纬向:3K6K12K。压缩性能上经向压缩强度随纤维细度增大而减小,纬向压缩性能影响不明显。利用ABAQUS有限元分析软件,以实际尺寸建立模型,进行拉伸、弯曲有限元模拟分析,通过与实际的载荷-位移曲线进行对比,验证了本课题所建的模型对于2.5D层-层角联锁结构复合材料的模拟分析具有合理性。
[Abstract]:2.5D woven composite is a kind of three-dimensional woven composite with unstratified structure and three-dimensional structure. Woven composites have the advantages of high strength, high specific stiffness, corrosion resistance, good mechanical properties in thickness direction, and excellent designability that 3D woven composites do not have. As an important branch of 3D woven composites, it has been widely used in many fields such as aerospace, military, ship and automobile, so it is of great significance to study the mechanical properties of 2.5D woven composites. In essence, the mechanical properties of the composites are determined by their reinforcements. The key to affect the properties of the reinforcements is the structure of the reinforcements, the materials used and the weaving design parameters. In this paper, three kinds of carbon fiber with different fineness are used as warp and weft material. Based on 2.5D laminar interlocking structure and similar 2.5D fabric design method, reasonable parameter design of fabric is carried out. Six woven fabrics of 2.5D laminar interlocking structure with different fineness were made by using ordinary loom, and 2.5D laminar interlocking structure carbon fiber composites were obtained by RTM technology and epoxy resin composite technology. The mechanical properties of tension, bending and compression are measured by universal strength machine. The conclusions are as follows: the change of fiber fineness in common 2.5D interlocking structure affects the buckling state and bending degree of warp yarn in prefabricated fabric. Then the tensile properties of the materials were affected. The tensile properties were 12K3K6K in warp and weft directions. The change of the fineness of carbon fiber material affects the aggregation and distribution of a certain number of fiber bundles, and the fiber is fine. The aggregation of carbon fiber bundles is more obvious, and the aggregation will affect the formation of pores between resin and materials. The bending properties of carbon fiber bundles are meridional: 3K12K6K6K; weft: 3K6K12K12K. The meridional compressive strength decreases with the increase of fiber fineness, but the effect of weft compression is not obvious. The finite element analysis software Abaqus is used to establish the model with the actual size, and the tensile and bending finite element simulation analysis is carried out, which is compared with the actual load-displacement curve. It is verified that the model is reasonable for the simulation and analysis of 2.5D laminar interlocking composite materials.
【学位授予单位】:天津工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB332
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,本文编号:2021396
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