三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型_张超.pdf

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1、第４５卷第２期南京航空航天大学学报Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．２２０１３年４月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆ＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓＡｐｒ．２０１３三维五向及全五向编织复合材料的三单胞结构模型张超许希武严雪（南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，南京，２１００１６）摘要：针对三维五向及全五向编织复合材料，基于四步法编织工艺携纱器的运动规律，研究了各单胞区域纱线的运动轨迹和空间走向，给出了材料内胞、面胞和角胞的纱线拓扑结构。通过给定一系列的位置节点和节点间线性插值函数的方法来描述纱线空间轨迹。考虑纱

2、线间的相互挤压状况，在假设编织纱和轴纱横截面形状分别为扁平椭圆形和正方形的基础上，系统建立了三维五向及全五向编织复合材料的三单胞参数化结构模型。给出了两种编织材料的纤维体积含量计算公式并进行了对比分析，明确了三维全五向编织复合材料的轴向性能优势。分析了三维五向编织材料的表面多胞结构及三维全五向编织材料的内胞截面图，并与实际试件结构进行对比，结果表明本文所建模型合理准确。关键词：三维五向；三维全五向；编织复合材料；三单胞；结构模型；参数化中图分类号：ＴＢ３３２文献标志码：Ａ文章编号：１００５－２６１５（２０１３）０２－０１７０－０９ＴｈｒｅｅＵｎｉｔ

3、－ＣｅｌｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＭｏｄｅｌｓｏｆ３－ＤＦｉｖｅ－ＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｎｄＦｕｌｌＦｉｖｅ－ＤｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＢｒａｉｄｅｄＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＺｈａｎｇＣｈａｏ，ＸｕＸｉｗｕ，ＹａｎＸｕｅ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ，２１００１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｏｕｒ－ｓｔｅｐｂｒａｉｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎ

4、ｄｔｈｅｍｏｔｉｏｎｌａｗｏｆｙａｒｎｃａｒｒｉｅｒｓ，ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｍｏｖｅ－ｍｅｎｔｔｒａｃｅｓｏｆｂｒａｉｄｉｎｇｙａｒｎｓａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｆｏｒ３－Ｄｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｎｄｆｕｌｌｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓ－ｉｔｅｓ．Ａｎｄｔｈｅｔｏｐｏｌｏｇｙｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｓｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｒｉｏｒ，ｓｕｒｆａｃｅａｎｄｃｏｒｎｅｒｒｅｇｉｏｎｓｏｆｔｈｅｐｒｅｆｏｒｍａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｙａｒｎｐａｔｈｉｓｆｉｔｔｅｄｂｙａｓｅｒｉｅｓｏｆｐｏ

5、ｓｉｔｉｏｎｎｏｄｅｓａｎｄｌｉｎｅａｒｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎｆｕｎｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｓｑｕｅｅｚｉｎｇｓｉｔｕａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｙａｒｎｓａｎｄｗｉｔｈｔｈｅａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃ－ｔｉｏｎｏｆｂｒａｉｄｉｎｇｙａｒｎｉｓｅｌｌｉｐｔｉｃａｌ，ｔｈｅａｘｉａｌｙａｒｎａｎｄｔｈｅａｘｉａｌｓｔａｔｉｃｙａｒｎａｒｅｓｑｕａｒｅ，ａｎｄｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒ－ｉｚｅｄｔｈｒｅｅｕｎｉｔ－ｃｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｓｏｆ３－Ｄｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌａｎｄｆ

6、ｕｌｌｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｆｏｕｎｄｅｄ．Ｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｓｏｆｆｉｂｅｒｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎａｒｅｇｉｖｅｎａｎｄｔｈｅａｘｉａｌａｄｖａｎｔａｇｅｓｏｆ３－Ｄｆｕｌｌｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃ－ｔｉｏｎａｌｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｓｈｏｗｎｔｈｒｏｕｇｈａｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｕｌｔｉ－ｃｅｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｏｆ３－Ｄｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｎｄｔｈｅｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏ

7、ｎｏｆｉｎｔｅｒｉｏｒｕｎｉｔ－ｃｅｌｌｍｏｄｅｌｏｆｆｕｌｌｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄａｎｄｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｓｐｅｃｉｍｅｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｗｈｉｃｈｖｅｒｉｆｉｅｄｔｈｅｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：３－Ｄｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ；３－Ｄｆｕｌｌｆｉｖｅ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ；ｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｔｈｒｅｅｕｎｉｔ－ｃｅｌｌ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ

8、；ｐａｒａｍｅｔｅｒｉｚｅｄ三维编织复合材料纱束空间多向延伸并相互材料层间强度低、易分层的致命弱点；且具有抗冲交织形成整体