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2.5维机织复合材料的几何结构模型与验证 被引量:9
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作者 曹海建 钱坤 盛东晓 《纺织学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期58-62,67,共6页
为验证2.5维机织复合材料结构与其力学性能的关系,基于对材料断面显微照片的观察和分析,假定纤维束截面为跑道形,建立了2.5维机织复合材料的单元结构模型。借助模型推导出纱线在几种典型结构(浅交弯联、浅交直联、深角联)的单元体结构... 为验证2.5维机织复合材料结构与其力学性能的关系,基于对材料断面显微照片的观察和分析,假定纤维束截面为跑道形,建立了2.5维机织复合材料的单元结构模型。借助模型推导出纱线在几种典型结构(浅交弯联、浅交直联、深角联)的单元体结构内的纱线长度、接结经的取向角和纤维体积分数,并对材料进行拉伸、压缩性能预测。制作了满足要求的2.5维机织复合材料试验件并对其进行力学性能测试,通过试验值和预测值的对比,验证几何模型的正确性。 展开更多
关键词 纤维体积分数 2.5维机织复合材料 力学性能 结构模型 取向角
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2.5D机织复合材料压缩性能实验与数值模拟 被引量:21
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作者 卢子兴 周原 +2 位作者 冯志海 杨云华 纪高宁 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期150-159,共10页
为了研究2.5D机织复合材料的压缩损伤和失效机制,验证双尺度渐进损伤有限元数值模拟方法的有效性,对这类复合材料分别沿经纱方向和纬纱方向进行了准静态压缩实验,获得了其相应的应力-应变曲线,并测定了材料的初始弹性模量和极限强度。... 为了研究2.5D机织复合材料的压缩损伤和失效机制,验证双尺度渐进损伤有限元数值模拟方法的有效性,对这类复合材料分别沿经纱方向和纬纱方向进行了准静态压缩实验,获得了其相应的应力-应变曲线,并测定了材料的初始弹性模量和极限强度。在此基础上,利用双尺度渐进损伤有限元数值方法模拟分析了材料的压缩应力-应变响应和损伤演化行为,取得了与实验吻合较好的模拟结果。结果表明:2.5D机织复合材料在纬向压缩下的主要失效模式是纬纱的轴向压溃与断裂,可获得相对较高的压缩强度;但在经向压缩下,经纱因弯曲会承受附加弯矩作用,从而对周围基体造成挤压,故在经纱轴向断裂之前容易出现经纱之间基体的压溃和纱线之间的分层开裂,使强度降低,不利于发挥纤维的承载优势。 展开更多
关键词 2.5D机织复合材料 力学性能 压缩实验 数值模拟 渐进损伤
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经纬向纤维体积比例对2.5D机织复合材料力学性能的影响 被引量:14
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作者 焦亚男 仇普霞 +1 位作者 纪高宁 徐雪伟 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2015年第3期1-5,共5页
以T800碳纤维为原材料,制备5种不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织结构预制件,并以其为增强材料制备了T800碳/环氧2.5D机织复合材料.通过进行拉伸、弯曲、压缩3种实验,分析比较经纬向纤维体积比例对力学性能的影响.实验结果表明:2.5D机... 以T800碳纤维为原材料,制备5种不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织结构预制件,并以其为增强材料制备了T800碳/环氧2.5D机织复合材料.通过进行拉伸、弯曲、压缩3种实验,分析比较经纬向纤维体积比例对力学性能的影响.实验结果表明:2.5D机织复合材料的经、纬向力学性能与该方向的纤维体积含量相关;当经纬向体积比例为1∶0.5时,复合材料表现出经、纬向均衡的力学性能;此外,还表明指数函数可以较好地拟合不同经纬向纤维体积比例的2.5D机织复合材料的力学性能. 展开更多
关键词 T800碳纤维 2.5D机织复合材料 力学性能 经纬向纤维体积比例 指数函数拟合
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2.5D机织复合材料双剪连接力学行为与损伤机制
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作者 钱坤 江昊 张典堂 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2024年第3期9-15,22,共8页
为研究装配参数对2.5D机织复合材料连接性能的影响,制备了具有不同宽径比w/D与边径比e/D的2.5D机织复合材料试样,通过双搭接拉伸实验,分析了在连接载荷下材料的力学行为与失效模式,并借助微计算机断层扫描技术(Micro-CT)观察试样内部损... 为研究装配参数对2.5D机织复合材料连接性能的影响,制备了具有不同宽径比w/D与边径比e/D的2.5D机织复合材料试样,通过双搭接拉伸实验,分析了在连接载荷下材料的力学行为与失效模式,并借助微计算机断层扫描技术(Micro-CT)观察试样内部损伤情况,阐明其损伤机制。结果表明:试样在w/D和e/D分别取6和3时,表现出较高的力学性能,但适当减少w/D或e/D依旧能保有相当强度,当w/D下降为4时,刚度减少3.18%,极限挤压强度减少2.77%;当e/D下降为2.5时,刚度与强度分别减少1.62%和7.19%;螺栓孔的位置参数对材料的失效模式影响显著,减小w/D使经纱承受更多载荷,失效模式向净张力失效演变;减小e/D使纬纱承受更多载荷,失效模式向撕裂失效演变。 展开更多
关键词 2.5D机织复合材料 螺栓连接 微计算机断层扫描技术(Micro-CT) 复合材料失效 损伤机制
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Fatigue life prediction model of 2.5D woven composites at various temperatures 被引量:4
5
作者 Jian SONG Weidong WEN Haitao CUI 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2018年第2期310-329,共20页
As one of the new structural layout in the family of woven composites, 2.5D Woven Composites(2.5D-WC) have recently attracted an increasing interest owing to its excellent properties, i.e. high specific strength and... As one of the new structural layout in the family of woven composites, 2.5D Woven Composites(2.5D-WC) have recently attracted an increasing interest owing to its excellent properties, i.e. high specific strength and fatigue resistance, in the aerospace and automobile industry. Indepth understanding of the fatigue behavior of this material at un-ambient temperatures is critical for the engineering applications, especially in aero-engine field. Here, fatigue behavior of 2.5D-WC at different temperatures was numerically investigated based on the unit cell approach. Firstly, the unit cell model of 2.5D-WC was established using ANSYS software. Subsequently, the temperature-dependent fatigue life prediction model was built up. Finally, the fatigue lives alongside the damage evolution processes of 2.5D-WC at ambient temperature(20 ℃) and unambient temperature(180 ℃) were analyzed. The results show that numerical results are in good agreement with the relevant experimental results at 20 and 180 ℃. Fatigue behavior of 2.5D-WC is also sensitive to temperature, which is partially attributed to the mechanical properties of resin and the change of inclination angle of warp yarns. We hope that the proposed fatigue life prediction model and the findings could further promote the engineering application of 2.5D-WC, especially in aero-engine field. 展开更多
关键词 ANSYS Fatigue behavior Fatigue life prediction model TEMPERATURE 2.5D woven composites
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2.5维机织复合材料的纬向力学性能试验 被引量:5
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作者 赵哲 温卫东 +1 位作者 宋健 王柱成 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第11期2729-2736,共8页
通过室温(20℃)及高温(180℃)静态拉伸及拉-拉疲劳试验,获得了2.5维树脂基机织复合材料在不同温度下的力学性能及拉-拉疲劳寿命。基于宏观试验,探讨了材料在静载及拉-拉疲劳载荷作用下的破坏模式和失效机理,对比了材料在疲劳载荷作用后... 通过室温(20℃)及高温(180℃)静态拉伸及拉-拉疲劳试验,获得了2.5维树脂基机织复合材料在不同温度下的力学性能及拉-拉疲劳寿命。基于宏观试验,探讨了材料在静载及拉-拉疲劳载荷作用下的破坏模式和失效机理,对比了材料在疲劳载荷作用后的剩余强度与静强度的关系,之后分析了温度对材料静态力学性能及疲劳寿命的影响。结果表明:在20~180℃温度范围内材料的纬向模量对温度不敏感,但纬向强度及疲劳寿命随温度的升高而显著下降。在高温高应力水平(高于80%静强度)下材料的纬向疲劳寿命非常短(小于104次循环),但当应力水平仅下降2%后,材料的纬向疲劳寿命趋于106次循环。另外,高温下材料的剩余强度大于高温静强度。 展开更多
关键词 2.5维机织复合材料 高温 静态拉伸试验 疲劳试验 剩余强度试验 失效机理
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含减纱2.5D机织碳/环氧复合材料低速冲击损伤机制
7
作者 张典堂 窦宏通 +1 位作者 董放 江昊 《天津工业大学学报》 CAS 北大核心 2023年第6期24-32,46,共10页
针对锥形回转体构件常用的减纱工艺,设计和制备了不含减纱、含半列减纱和含整列减纱2.5D机织碳/环氧复合材料。分别设置54 J和72 J的冲击能量,采用落锤冲击仪对3种复合材料开展了低速冲击试验,获取了载荷-时间曲线,并采用Micro-CT开展... 针对锥形回转体构件常用的减纱工艺,设计和制备了不含减纱、含半列减纱和含整列减纱2.5D机织碳/环氧复合材料。分别设置54 J和72 J的冲击能量,采用落锤冲击仪对3种复合材料开展了低速冲击试验,获取了载荷-时间曲线,并采用Micro-CT开展了损伤形貌和损伤量化分析。基于低速冲击损伤“局部”分布特征,建立了一种宏-细观混合有限元模型,开展了3种复合材料的低速冲击数值模拟,并揭示了失效机理。结果表明:数值模拟的力学响应曲线及损伤形貌与对应试验结果吻合较好;相比于不含减纱试样,在54 J冲击能量下,含半列减纱和整列减纱试样的冲击损伤体积分别增加了21.0%和34.8%;在72 J冲击能量下,含半列减纱和整列减纱试样的冲击损伤体积分别增加了15.7%和24.4%。可以看出,减纱点的引入明显降低了结构的承载效率。 展开更多
关键词 减纱 2.5D机织复合材料 低速冲击 损伤机制 混合模型
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汽车内饰用2.5维机织复合材料的制备及拉伸性能 被引量:4
8
作者 袁守忍 曹海建 +3 位作者 钱坤 徐文新 李雅 臧红 《玻璃钢/复合材料》 CSCD 北大核心 2013年第1期79-83,共5页
本文以丙纶(PP)长丝、亚麻为原料,通过包缠方式将PP长丝包覆在亚麻表面以形成PP/亚麻包缠纱;分别以PP/亚麻包缠纱为经纬纱,在全自动剑杆织样机上制织三种典型的2.5维(浅交弯联、浅交直联、深角联)机织物,并将该机织物通过热压的方式制... 本文以丙纶(PP)长丝、亚麻为原料,通过包缠方式将PP长丝包覆在亚麻表面以形成PP/亚麻包缠纱;分别以PP/亚麻包缠纱为经纬纱,在全自动剑杆织样机上制织三种典型的2.5维(浅交弯联、浅交直联、深角联)机织物,并将该机织物通过热压的方式制成汽车内饰用2.5维机织复合材料,研究不同组织结构对复合材料拉伸性能的影响。结果表明,2.5维机织物的经向拉伸性能表现为深角联>浅交直联>浅交弯联,纬向拉伸性能相差不大;2.5维机织复合材料的拉伸性能表现为浅交直联>浅交弯联>深角联,纬向拉伸性能相差不大。 展开更多
关键词 2.5D机织复合材料 浅交弯联 浅交直联 深角联 包缠纱 丙纶 亚麻
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2.5维机织复合材料低速冲击性能研究 被引量:4
9
作者 袁守忍 曹海建 钱坤 《玻璃钢/复合材料》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期8-12,共5页
本文以64tex亚麻纤维、33tex丙纶(PP)纤维为原料,在花式捻线机上形成PP包覆亚麻的包缠纱;分别以上述包缠纱作为经纬纱,在SU111型全自动剑杆织样机上制织三种典型2.5维机织物(浅交弯联、浅交直联、深角联),并在Carver热压设备上热压制成... 本文以64tex亚麻纤维、33tex丙纶(PP)纤维为原料,在花式捻线机上形成PP包覆亚麻的包缠纱;分别以上述包缠纱作为经纬纱,在SU111型全自动剑杆织样机上制织三种典型2.5维机织物(浅交弯联、浅交直联、深角联),并在Carver热压设备上热压制成2.5维机织复合材料板材。分别选取厚度为1mm、纤维体积含量为48%的上述三种2.5维机织复合材料进行低速冲击性能研究。结果表明,浅交弯联复合材料抗低速冲击时,最大载荷最大,为575.1N,深角联最小,为301.74N;浅交弯联复合材料受低速冲击载荷时,吸收能量最多,达0.816J,深角联吸收能量最小,为0.771J。 展开更多
关键词 2 5维机织复合材料 低速冲击性能 浅交弯联 浅交直联 深角联
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2.5D机织复合材料冲击后剩余强度研究 被引量:3
10
作者 李明 周光明 王新峰 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第S2期307-311,共5页
本文主要对2.5D机织复合材料冲击后的剩余拉伸强度进行研究。采用落锤法预制冲击损伤,并进行剩余拉伸试验。用了基于层合板理论的软化夹杂法对冲击后试样进行刚度衰减的模拟,用有限元软件根据点应力破坏准则计算得到剩余强度,并与剩余... 本文主要对2.5D机织复合材料冲击后的剩余拉伸强度进行研究。采用落锤法预制冲击损伤,并进行剩余拉伸试验。用了基于层合板理论的软化夹杂法对冲击后试样进行刚度衰减的模拟,用有限元软件根据点应力破坏准则计算得到剩余强度,并与剩余拉伸试验结果进行比较,验证了模型的有效性。为便于对比,对平面机织斜纹布铺设的层合板进行了同种计算和实验,得到了在相同冲击能量下2.5D机织复合材料剩余拉伸强度衰减比例小于层合材料的结论,证明2.5D机织复合材料由于Z方向经纱的存在因而具有良好的抗冲击性。 展开更多
关键词 2.5D机织复合材料 低速冲击 剩余强度 刚度衰减
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2.5D机织复合材料等效热膨胀系数参数化研究
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作者 朱立平 姜鹏飞 +1 位作者 武广哲 郭居上 《玻璃纤维》 CAS 2021年第6期8-10,16,共4页
建立了单胞-材料双尺度有限元模型,对2.5D机织复合材料的等效热膨胀系数进行了参数化预测,预测主要分为2个步骤:首先对施加周期性边界条件的单胞进行等效刚度的预测,接着施加温度梯度计算后得到材料各方向等效热膨胀系数。基于对材料纬... 建立了单胞-材料双尺度有限元模型,对2.5D机织复合材料的等效热膨胀系数进行了参数化预测,预测主要分为2个步骤:首先对施加周期性边界条件的单胞进行等效刚度的预测,接着施加温度梯度计算后得到材料各方向等效热膨胀系数。基于对材料纬向“零膨胀”设计需求,进行了织物工艺参数包括经密、纬密和织物结构的参数化计算与分析,得到了参数影响规律,为2.5D机织物工艺参数选择提供了指导。 展开更多
关键词 2.5D机织复合材料 等效热膨胀系数 参数化研究
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