碳纤维2.5D机织复合材料弹道冲击性能及仿真分析 被引量：6

1

作者 解江 迟琪琳 +2 位作者 刘亚婷 牟浩蕾 冯振宇 《航空科学技术》 2021年第12期57-65,共9页

通过有限元仿真方法研究了碳纤维2.5D机织复合材料靶板在圆柱形弹体冲击作用下的弹道冲击特性,并通过空气炮试验分析了2.5D机织复合材料的弹道极限速度范围和典型失效模式,与仿真结果进行对比验证了模型的准确性。在此基础上,利用弹道... 通过有限元仿真方法研究了碳纤维2.5D机织复合材料靶板在圆柱形弹体冲击作用下的弹道冲击特性,并通过空气炮试验分析了2.5D机织复合材料的弹道极限速度范围和典型失效模式,与仿真结果进行对比验证了模型的准确性。在此基础上,利用弹道冲击仿真模型针对圆柱形弹体不同倾斜角度以及不同弹体形状(圆柱形、球形、叶片形)情况下,分别研究2.5D机织复合材料的弹道冲击特性。结果表明,弹道冲击作用下,碳纤维2.5D机织复合材料靶板的破坏模式主要为剪切充塞失效,且在弹孔周围有少量纤维拔出;球形弹体的弹道极限与圆柱形弹体的弹道极限基本一致,叶片形弹体的弹道极限速度明显小于球形弹体和圆柱形弹体。叶片形弹体更易穿透靶板;对于圆柱形弹体,当弹体倾斜角度小于45°时,弹体的弹道极限速度随倾斜角度的增大呈线性增大,倾斜角度大于45°时,弹体的弹道极限速度基本不发生变化。 展开更多

关键词 2.5D机织材料 弹道冲击 弹体倾斜角度 弹道极限 损伤情况

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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

2

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

3

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机织复合材料的渐进损伤与失效模拟 被引量：9

4

作者 吕青泉 赵振强 +1 位作者 李超 张超 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第8期2747-2757,共11页

为了研究典型2.5D机织复合材料的压缩性能,开展了复合材料单胞结构的经向和纬向压缩实验,并通过对材料编织结构的细观表征,建立了细观尺度的单胞有限元模型来模拟压缩载荷下单胞内部的变形及渐进失效过程。结果表明,2.5D机织复合材料在... 为了研究典型2.5D机织复合材料的压缩性能,开展了复合材料单胞结构的经向和纬向压缩实验,并通过对材料编织结构的细观表征,建立了细观尺度的单胞有限元模型来模拟压缩载荷下单胞内部的变形及渐进失效过程。结果表明,2.5D机织复合材料在受压时表现出明显的非线性力学响应,材料沿经向的压缩模量和强度均高于纬向;经向压缩时材料的主要破坏模式有经纱的横向开裂、纤维束间的界面分层破坏、纬纱的压溃及基体的开裂,纬向压缩时出现的主要破坏模式是纬纱的压溃、纬纱纤维束的断裂及基体开裂;通过对比试验与有限元结果,认为所建立的细观有限元模型能够准确预测材料单胞在压缩载荷下的应力-应变响应,并且能够模拟编织结构中的损伤起始和演化过程。 展开更多

关键词 2.5D机织复合材料 力学性能 压缩试验 数值模拟 渐进损伤分析

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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

5

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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2.5D机织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料高温力学行为及损伤机制

6

作者 李存静 陶洋 +1 位作者 逄增媛 张典堂 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期144-154,共11页

采用三维纺织技术与树脂传递模塑工艺(RTM)制备了2.5D机织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料,分别在室温(25℃)和高温(150℃、240℃、300℃)环境下对复合材料进行了三点弯曲和层间剪切力学性能测试,探究了温度对复合材料力学行... 采用三维纺织技术与树脂传递模塑工艺(RTM)制备了2.5D机织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料,分别在室温(25℃)和高温(150℃、240℃、300℃)环境下对复合材料进行了三点弯曲和层间剪切力学性能测试,探究了温度对复合材料力学行为及损伤机制的影响。结果表明:温度对2.5D机织碳纤维-玻璃纤维/双马来酰亚胺树脂复合材料的力学特性和损伤模式均有显著影响。温度上升导致纤维/基体界面结合力减弱,复合材料在300℃下的弯曲强度、弯曲模量和层间剪切强度相比室温环境分别降低了23.06%、70.01%和18.93%。弯曲载荷下,2.5D机织混杂复合材料的室温破坏模式主要以局部的纤维断裂和基体开裂为主,而高温损伤则以纤维/基体界面脱粘为主导。剪切载荷下,2.5D机织混杂复合材料的室温破坏模式主要为分层破坏,而随着温度升高,复合材料因基体软化出现塑性变形,基体开裂、界面脱粘及分层破坏决定了材料的最终失效。 展开更多

关键词 2.5D机织复合材料 混杂纤维 温度 力学行为 损伤机制

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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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2.5D机织复合材料冲击后剩余强度研究 被引量：3

9

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

10

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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2.5维机织复合材料的几何结构模型与验证 被引量：9

11

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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2.5维机织复合材料的纬向力学性能试验 被引量：5

12

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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2.5D浅交弯联机织复合材料压缩性能研究 被引量：2

13

作者 王燚林 刘天生 《中国塑料》 CAS CSCD 北大核心 2019年第5期73-81,114,共10页

根据纤维单丝的分布假设建立了纤维束几何模型,通过观察2.5维(2.5D)浅交弯联织物成型后内部浸渍纤维束的截面和走向建立了织物结构几何模型。为了分析的便捷性,对纤维束几何模型和织物结构几何模型分别选取了可重复代表性单元。然后通... 根据纤维单丝的分布假设建立了纤维束几何模型,通过观察2.5维(2.5D)浅交弯联织物成型后内部浸渍纤维束的截面和走向建立了织物结构几何模型。为了分析的便捷性,对纤维束几何模型和织物结构几何模型分别选取了可重复代表性单元。然后通过利用自定义程序(UMAT)定义了每个单元的材料属性和方向;嵌入周期性边界条件保证了单元边界面的应力连续和位移连续;基于改进的损伤准则和刚度折减模型进行了渐进损伤分析;通过实验研究和有限元分析深入了解了该材料的初始弹性模量和最终压缩强度、损伤机制等,并发现经向压缩并未明显表现出脆性破坏。 展开更多

关键词 2.5维机织复合材料 浅交弯联 参数化建模 多尺度 渐进损伤

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2.5维机织复合材料疲劳寿命预测 被引量：1

14

作者 单宏伟 周光明 《玻璃纤维》 CAS 2015年第5期1-5,9,共6页

对2.5维机织复合材料进行了静力分析,在受拉伸载荷的情况下将其视为经纱层和纬纱层组合而成的层合板。以单向板疲劳寿命预测为基础,考虑到疲劳加载过程中刚度退化导致的应力重新分配,采用Miner理论对其拉-拉疲劳寿命进行预测,且对该方... 对2.5维机织复合材料进行了静力分析,在受拉伸载荷的情况下将其视为经纱层和纬纱层组合而成的层合板。以单向板疲劳寿命预测为基础,考虑到疲劳加载过程中刚度退化导致的应力重新分配,采用Miner理论对其拉-拉疲劳寿命进行预测,且对该方法进行了试验验证,为预测2.5维机织复合材料的疲劳寿命提供了一种途径。 展开更多

关键词 2.5维机织复合材料 静力分析 疲劳寿命 刚度退化 Miner理论

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2.5维机织复杂结构件的静强度 被引量：1

15

作者 刘浩龙 崔海涛 温卫东 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第3期656-664,共9页

采用宏细观结合方法,针对经纱和纬纱等材料组分可能发生的多种失效模式,分别建立了基于改进的Hashin准则的系统性的材料失效准则及不同失效模式下的刚度退化模型.引入逐渐损伤的思想,建立了2.5维机织复杂结构件静强度系统性分析方法.模... 采用宏细观结合方法,针对经纱和纬纱等材料组分可能发生的多种失效模式,分别建立了基于改进的Hashin准则的系统性的材料失效准则及不同失效模式下的刚度退化模型.引入逐渐损伤的思想,建立了2.5维机织复杂结构件静强度系统性分析方法.模拟并分析了材料经向拉伸和纬向拉伸的应力-应变曲线,与实验得到的材料应力-应变曲线相比,相同应变下应力误差不超过6.5%,具有较好的重合度;对2.5维机织压气机静子连接结构模拟件开展了逐渐损伤模拟,结果表明:结构损伤主要集中在叶根倒角附近,其中吸力面叶根处的基体压缩失效形式会引起结构大幅变形,是结构破坏的主要原因. 展开更多

关键词 2.5维机织复合材料 结构静强度 失效模式 刚度退化 逐渐损伤

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UHMWPE/乙烯基酯2.5D角联锁机织复合材料动态压缩性能实验研究 被引量：5

16

作者 孙颖 王国军 +2 位作者 张典堂 陈利 张明 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第4期38-42,共5页

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)动态测试系统和岛津材料试验机,对材料厚度方向的压缩性能进行实验研究,得到了三种高应变率(360,710s-1和1120s-1)和准静态下的压缩应力-应变关系,压缩强度和冲击吸能,通过冲击破坏形貌探讨材料的动态压缩... 采用分离式霍普金森压杆(SHPB)动态测试系统和岛津材料试验机,对材料厚度方向的压缩性能进行实验研究,得到了三种高应变率(360,710s-1和1120s-1)和准静态下的压缩应力-应变关系,压缩强度和冲击吸能,通过冲击破坏形貌探讨材料的动态压缩破坏模式和吸能机理。结果表明:UHMWPE/乙烯基酯2.5D角联锁机织复合材料厚度方向的压缩性能是与应变率相关的,其屈服应力、屈服应力下应变和压缩模量对应变率都是敏感的,同时,表现出明显的应变率强化效应;动态压缩下材料的破坏开始于经纱在试样表面的弯曲处,并沿着厚度方向发生剪切断裂;纤维束与树脂的分离和纤维束的剪切破坏是主要的破坏模式,组分材料的弹性吸能和纤维束的剪切断裂吸能是材料的主要吸能机理。 展开更多

关键词 UHMWPE/乙烯基酯 2.5D角联锁机织复合材料 动态压缩 能量吸收 破坏模式

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2.5D角联锁机织复合材料热传导性能研究

17

作者 高畅畅 陈芷彤 +2 位作者 沈天乐 王萍 张岩 《产业用纺织品》 2023年第3期21-27,共7页

首先采用碳纤维分别制备了不同经纱层数、经纱倾斜角度和经纱密度的2.5D层间正交角联锁机织物和2.5D层间斜交角联锁机织物;然后,以机织物为增强体、以环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂传递模压成型技术制备了2.5D角联锁机织复合材料;最... 首先采用碳纤维分别制备了不同经纱层数、经纱倾斜角度和经纱密度的2.5D层间正交角联锁机织物和2.5D层间斜交角联锁机织物;然后,以机织物为增强体、以环氧树脂为基体,采用真空辅助树脂传递模压成型技术制备了2.5D角联锁机织复合材料;最后,采用自制的平面稳态热源装置和激光导热仪测试复合材料在厚度方向上的热传导性能。结果表明:经纱层数较小、经纱倾斜角度及经纱密度较大时,复合材料表层升温速率较快,且平衡状态时表层温度较高;同种结构的2.5D角联锁机织复合材料,经纱层数多、经纱倾斜角度及经纱密度大,热导率大。研究结果为高强、高导热复合材料的优化设计提供了试验基础。 展开更多

关键词 热传导性能 2.5D角联锁机织复合材料 正交 斜交 经纱层数 经纱倾斜角度 经纱密度 经纱体积分数

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