编织结构对复合材料管件力学性能的影响研究

发布时间：2017-12-18 06:30

  本文关键词：编织结构对复合材料管件力学性能的影响研究

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【摘要】：复合材料由于其出众的比强度而被应用于航空、汽车以及海洋等工程领域。其中的增强体制备方式可以分为机织、缠绕和编织等。环形编织因其有近净成型能力而被用来制造无缝的纤维增强体,而且由于环形编织技术的高度自动化,金属制件逐步被编织复合材料管件替代。因此,对于研究编织结构对复合材料管件的力学性能具有极其重要的意义。本文对编织复合材料管件的力学性能进行了实验与仿真的研究。首先通过控制环形编织机的抽取速度和环形速度编织出具有不同编织角度的纤维增强体试样。在编织过程中引入过渡芯轴,有效避免了编织收敛过渡区对纤维增强体产生编织角度不一致的情况。接着采用真空辅助成型技术对获得的编织增强体进行固化,并根据两种实验的测试标准分别对试样进行切割。其次,对试样进行了纱线尺度的有限元建模。根据编织轨迹与CT实验所得的纱线截面参数对编织实体进行自动化三维建模,并针对纱线横向各向同性的力学特性在编织纱的编织路径方向建立了材料局部坐标。再次,对试样进行了准静态压缩实验。实验过程中用相机对试样的整个压缩过程进行记录,并对最终的实验数据进行分析。在最终的破坏模式中,观察到折叠模式和分瓣模式两种截然不同的结果。在实验的基础上,对已建立的编织复合管件模型添加了准静态压缩边界条件,并进行计算求解。结合实验现象和模型的数值仿真结果,对编织结构在破坏前后的受力状态进行了分析。通过观察破坏模式以及对比其编织参数,两者之间的因果关系被剖析,并对破坏模式和SEA值进行了关联性分析。最后,对单层和双层的编织试样进行了三点压弯实验。树脂的开裂、剥落和断裂的现象在实验过程中依次出现。在实验的基础上,对已建立的编织复合管件模型添加了三点压弯边界条件,并进行计算求解。通过对比数值仿真结果与破坏后的实验试样,编织角度及其叠放顺序对最终管件的破坏模式被具体分析,纤维增强体在管件抗弯过程中蕴含的增强机理也被阐述。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB33

【参考文献】

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本文编号：1303195