三维编织复合材料研究进展

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1、第31卷2010年第5期5月航空学报ACTAAERoNAUTlCAETASTRONAUTlCASlNlCAV01．31NO．5Mav2010文章编号：1000一6893(2010)05—0914—14三维编织复合材料研究进展汪星明1’2，邢誉峰1(1．北京航空航天大学航空科学与LT程学院，北京100191)(2．中国人民解放军94032部队，甘肃武威733003)DevelopmentsinResearchon3DBraidedCompositesWangXingmin91”。XingYufen91(1．SchoolofAeronauti

2、cScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191。China)(2．No．94032Unit，People’SLiberationArmy，Wuwei733003，China)摘要：重点回顾了三维编织复合材料各发展阶段的关键性成果，从研究方法和研究方向两个角度，对该领域的重要研究成果和笔者所在课题组的最新研究成果进行了评述。在编织丁艺方面，重点介绍了编织物的细观结构和适用领域。指出了细观结构对最大纤维体积分数的影响和当前流行

3、的建模方法，并且将周期性单胞划分方法和纱线截面形状的模拟归纳为参数化建模中的两个关键问题。对力学性能的研究成果进行了综述，在试验方面，重点介绍了编织角的变化对材料各种性能的影响；在理论方面，重点评述了几种多尺度细观力学方法和特征单元法。最后，对有待于进一步研究的问题进行了展望。关键词：复合材料；三维编织；力学性能；模型建立；均匀化方法；多尺度中图分类号：V258；TB330．1文献标识码；AAbstract：Thisarticleprovidesareviewofstudiesaboutthree-dimensional(3D)braid

4、edcomposites，focusingonthekeyachievementsofvariousstages．Importantdevelopmentsinthefield，includingthelatestworkofourgroup，arediscussedintermsofresearchmethodandorientation．WithregardtOthebraidedprocessofcomposites，theapplicationofmeso-structuresandtheirinfluencesonthemaxi

5、mumfibervolumefractionarerevealed，andthepopularmodelingmethodsarealsoreviewed．Moreover，thepartitionschemesofperiodicalcellsandthesimulationofthefibersectionpatternsareviewedasthetWOkeypointsinparameterizedmodel—ing．Intheexperimentalstudies，theeffectofbraidingangleonthemec

6、hanicalpropertiesofcompositesisem-phasized，whileintheoreticalinvestigation，themuhiscalemethodsandtheeigenelementmethodarestressed．Finally，problemsthatdeservefurtherstudiesarepresented．Keywords：compositematerials；3Dbraidedfabrics；mechanicalproperty；modelbuilding；homogeniza

7、tionmethod；muhiscale航空航天领域总是希望采用重量轻、强度高的材料，而符合重量和强度要求的高性能轻质合金材料价格昂贵，已经影响到航空航天工程的进一步发展。在这种形势下，寻求低成本、高性能、能大量生产的替代材料成为必然的趋势。20世纪60年代末，美国通用电器公司为满足航天领域的需求，借鉴编织绳原理发明了万向编织机(Ominiweave)，用于编织多向增强复合材料，希望以这种廉价材料代替昂贵的高温合金。他们采用三维编织的碳一碳复合材料替代高温合金制作火箭发动机部件，使火箭发动机的重量[1]收稿日期：2009—05—07；修订

8、日期：2009—06—29基金项目：国家自然科学基金(10772014)通讯作者：汪星明E—mail：w7526@126．corn减轻了30％～50％。这次成功的尝试显示了三维编织材料的发展前