整体中空层连复合材料结构和性能的研究

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1、摘要摘要整体中空层连织物复合材料作为一种新型的三维机织夹层复合材料，具有良好的整体性能，在航空、航天、船舶、汽车、建筑、化工及其它领域有着广泛的应用空间。因此，对该种材料开展理论和实验研究也就显得极为重要。本文研究了整体中空层连织物复合材料的结构设计、织造工艺以及细观几何结构，建立了该种材料的力学模型，对其力学性能进行了分析预测。并且通过实验将材料与传统蜂窝层板材料进行对比。本课题首先从纺织预成型件的结构与织造工艺入手，采用改造的单剑杆织机，双送经轴积极式送经，并创新设计“逆向交织"成芯方法，使纺织预成型件在空间成“8"字形走势

2、的接结经纱将上下面板连接为一整体结构。从而达到轻质高强目的，克服传统蜂窝层板等的分层弱点。其次分析了中空织物细观几何结构，得到最小单元以及各项织物几何参数，包括面板与芯材两部分的纤维几何参数及纤维体积含量。并根据计算其复合材料弹性性能有关的各弹性常数来进行力学性能有限元分析。建立有限元分析模型(即Ansys模型)，对‘8’字形整体中空夹层复合材料结构的弯曲刚度、平拉性能、平压强度、侧拉强度以及侧压性能进行了预测。最后本课题对整体中空层连织物复合材料与传统蜂窝材料力学性能进行了实验研究，包括拉伸、压缩、弯曲、剪切以及低速冲击实验内

3、容。实验结果显示，整体中空层连织物复合材料拉伸、弯曲与剪切性能都高于蜂窝材料，而压缩性能与蜂窝材料相差不大，以此说明整体中空层连织物复合材料可替代蜂窝材料。关键词：整体中空，夹层复合材料，细观几何结构，有限元，力学性能AbstractHollowintegratedsandwichcompositeISanewkindof3D—wovensandwichcompositewhichhasagoodintegratedcapability．Itisandwillbemoreandmorgwidelyusedinaviation，a

4、erospace，marine，automobile，architecture，chemicalindustryandotherfields．Therefore，itisimportanttocarryouttheoreticalandexperimentalinvestigationsforthismaterial．Inthisthesisstudiedthestructuraldesign,weavingprocessandthemicro—geometrystructureofhollowintegratedsandwic

5、hcomposims．Thenamechanicalmodelisbuildtopredictitsmechanicalproperties，experimentsareperformedtoverifythepredictedresults．Atlastperformedonboththenewandtraditionalhoneycombsandwichcompositesthroughexperiments．Thistopicfkstissuedthestructureandweavingprocessaboutthepr

6、e—formingtextile，usingtransformedsinglerapieraswellasdoublesendingwarpaxistooff-warp．Weinnovativedesign“reverse—weaving”methodtoformthecore，leadtothepro-formingtextileas‘‘8’’shapeinspacemadthislinkingwarpconnectedtopandbottompaneltoalloverallstructure．Thetextfollowed

7、bymicro-geometrystructureofhollowfabric．getthesmallestunitandeverygeometricparametersofthefabric，whichincludingtwopartsofpanelandCOre．Aswellasfiber’Svolumecontent．Accordingtothecalculationoftheelasticconstantsrelatedtoelasticpropertiesofcompositesmaterial，wecanusefin

8、iteelementanalysistostudymechanicalpropertiesandestablishthefiniteelementanalysismodel(Ansysmodel)，forecastingbendingstiffness，tens