【正文】 較大。而窄邊切割的試件內(nèi)的被切斷紗線在預(yù)制件內(nèi)運(yùn)動(dòng)的長度L4大，拉伸時(shí)，纖維不易拔出，故力學(xué)性能基本不受影響。 復(fù)合材料的特性主要取決于纖維特性、基體特性、界面狀況、纖維取向以及體積分?jǐn)?shù)。它的破壞基本形式包括基體開裂、界面脫粘、分層和纖維斷裂等。破壞過程就是這些基本損傷形式的形成和擴(kuò)展過程，在復(fù)合材料中，基體的主要作用是連接、傳力。在外力超過其極限強(qiáng)度時(shí)，最先破壞總是發(fā)生在界面。出于界面面積在編織復(fù)合材料中占相當(dāng)大的比例，因此纖維與基體界面結(jié)合特征起著重要的作用[47]。 由單向纖維沿不同方向鋪設(shè)而成的具有各向異性性能復(fù)合材料層合板在外載作用下，一種典型的損傷破壞方式是不同的兩層之間產(chǎn)生脫層，而由于層間脫膠導(dǎo)致復(fù)合材料層合板的剛度和強(qiáng)度性能大大地降低。而三維編織復(fù)合材料纖維貫穿材料的長、寬、高三個(gè)方向，是一種三維整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此克服了層合板易脫層的缺陷。三維編織復(fù)合材料的宏觀性能主要取決于纖維的編織結(jié)構(gòu)，纖維束與基體材料的類型，纖維束與基體之間界面的狀態(tài)等因素。，其應(yīng)力一應(yīng)變曲線越接近于線性。而隨著編織角的增大，應(yīng)力一應(yīng)變曲線表現(xiàn)處非線性。同時(shí)隨著編織角的逐漸增大，編織復(fù)合材料的破壞從脆性破壞轉(zhuǎn)向延性破壞。切邊后的三維編織復(fù)合材料的應(yīng)力一應(yīng)變趨勢同未切割試件相似。 拉伸應(yīng)力一應(yīng)變曲線 三維編織復(fù)合材料拉伸斷裂過程中沒有屈服點(diǎn)產(chǎn)生，說明材料為脆性材料。材料破壞時(shí)，纖維為脆性斷裂，纖維間的基體存在很大的塑性變形。 切割面 切割面 切邊試件表面破壞圖，從圖中可以看出受切割面的紗線不連續(xù)，拉伸時(shí)，紗線發(fā)生松動(dòng)，表面產(chǎn)生很多微小裂紋，而未受切割面是基體沿編織紋路產(chǎn)生裂縫。，可以看到，拉伸使未切割面的纖維束被拉斷，斷裂表面沒有發(fā)現(xiàn)纖維抽拔現(xiàn)象。而切割面有明顯的纖維拔出。 切邊試件的破壞模式(SLK202 ) 壓縮應(yīng)力一應(yīng)變曲線，可以看出，當(dāng)編織角較小時(shí)，軸向壓縮的應(yīng)力一應(yīng)變曲線基本上是線性的，隨變形的增加，載荷持續(xù)增加，直到接近試驗(yàn)機(jī)的極限承載能力，SY202和SYK201 ( 20176。)還未發(fā)生破壞。這說明編織角較小時(shí)，編織復(fù)合材料的軸向承載能力較強(qiáng)，材料的破壞屬于脆性的。由兩種材料的軸向壓縮應(yīng)力一應(yīng)變曲線可見，其應(yīng)力一應(yīng)變特征明顯不同，SY351, SYK351(編織角為35176。)存在明顯的屈服點(diǎn)和非線性變化階段。屈服點(diǎn)為曲線上的極限應(yīng)力點(diǎn)，加載達(dá)到該極限，編織復(fù)合材料基本上喪失了承載能力。若繼續(xù)壓縮，則可以達(dá)到更大的變形。 a SY20 ( 20176。) b SY35 (35176。)176。和35176。的未受切割的試件壓縮模式，可以看到，20176。的三維編織復(fù)合材料的表面基體出現(xiàn)裂縫，屬于脆性破壞，35176。的壓縮試件的基體開裂，界面發(fā)生脫膠分離，在壓縮的過程中，纖維屈曲，在試件的中部產(chǎn)生鼓型破壞，試件變得松散，但還是保持完好的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在編織角較大的情況下，纖維束受力較小，基體承力較大，纖維束交界處會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，此時(shí)基體會(huì)開裂。這種復(fù)雜的受力情況不僅導(dǎo)致材料的屈服，也導(dǎo)致界面的破壞。因此，當(dāng)載荷達(dá)到一定水平后，纖維束與基體的粘接被破壞，界面發(fā)生脫膠分離，壓縮試件隨基體與纖維束的剝離而呈現(xiàn)網(wǎng)格狀突起，橫向的膨脹使材料變得松散，從而導(dǎo)致承載能力不斷下降，但此時(shí)纖維束結(jié)構(gòu)基本上還保持完整。 a SY20受切割面 b SY35受切割面 176。和35176。的受切割試件的壓縮模式，可以看到，纖維束與基體的界面產(chǎn)生裂縫，纖維變得松散，35176。時(shí)，試件有較大變形，但是不斷裂，由于切割面纖維的整體性產(chǎn)生破壞，承載力弱，所以受壓時(shí)產(chǎn)生彎曲，出現(xiàn)微小弧形并且向受切割面彎曲()。 寬邊切割試件壓縮模式示圖結(jié)論 本文對三維編織復(fù)合材料進(jìn)行了四種不同方式的切割加工，分別對其進(jìn)行了拉伸、壓縮兩種不同的實(shí)驗(yàn)測試，分析了切邊對三維編織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)的影響，并且分析了三種力學(xué)性能的破壞機(jī)理，且對比了三維四向編織復(fù)合材料和三維全五向編織復(fù)合材料的拉伸力學(xué)性能對比，結(jié)論如下: 三維編織復(fù)合材料的編織角的大小直接影響了復(fù)合材料的力學(xué)性能。在纖維體積含量基本相同的情況下，編織角越大，復(fù)合材料的拉伸、壓縮強(qiáng)度和模量越小。 在纖維體積含量相似的情況下，編織角越小，拉伸、壓縮應(yīng)力一應(yīng)變曲線越接近于線性。而編織角越大，其應(yīng)力一應(yīng)變越表現(xiàn)出非線性。 切邊后的試件拉伸、壓縮的強(qiáng)度和模量的變化趨勢仍然是隨著編織角的增加而降低。 切邊后的三維編織復(fù)合材料的力學(xué)性能有了一定程度的下降。 (1)窄邊切割的試件的拉伸強(qiáng)度和模量受切邊的影響較小，壓縮強(qiáng)度基本不受影響，但壓縮模量有了一定的下降，下降20%左右。這表明當(dāng)試件寬度達(dá)到一定值時(shí)，窄邊切割試件不會(huì)影響此材料的性能。 (2)寬邊切割的試件的力學(xué)性能受切邊影響較大，包括拉伸、壓縮性能均有較大程度的下降。(3)寬邊兩邊同時(shí)切割的試件受切邊影響最大對于相似編織角及纖維體積含量試件，三維全五向編織復(fù)合材料由于軸向紗的作用，縱向拉伸強(qiáng)度比三維四向編織復(fù)合材料高很多，能夠承載更大的拉伸載荷。 切邊后，三維編織復(fù)合材料力學(xué)性能與被切割紗線在復(fù)合材料中的剩余長度有著直接的關(guān)系。通過對三維編織復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)分析，試件被切割后，纖維束被切斷，纖維束在預(yù)制件中的連續(xù)性被破壞。通過對損傷紗線在制件中的剩余長度計(jì)算，得出:紗線剩余長度比較長時(shí)，其復(fù)合材料的力學(xué)性能變化不大，但當(dāng)紗線剩余長度比較短時(shí)，其復(fù)合材料的力學(xué)性能會(huì)有比較大的變化。所以當(dāng)厚度和寬度足夠大時(shí)，切割邊紗基本不影響三維編織復(fù)合材料的力學(xué)性能。同時(shí)對切割試件的破壞機(jī)理進(jìn)行了分析。 致謝本文是在導(dǎo)師劉振國老師和衛(wèi)宇晨師兄的精心指導(dǎo)和大力幫助下完成的，在此表示衷心的感謝和深深的敬意。劉老師是位嚴(yán)師，也親如父母，其淵博的學(xué)識，科學(xué)的治學(xué)方法和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度深深感染著我，是值得我永遠(yuǎn)尊敬與學(xué)習(xí)的。他不但在學(xué)習(xí)上給予我耐心的指導(dǎo)與幫助，也非常關(guān)心我們的生活，讓我感受到了家庭般的溫暖。衛(wèi)宇晨師兄在我的研究工作過程中提出了很多寶貴的意見與建議，無論是在理論上，還是在課題的具體操作中，都給予了我很大的幫助與啟發(fā)，而且在生活給予了我很多關(guān)心。真心感謝母校北航給我這次自主設(shè)計(jì)并且完成課題的的機(jī)會(huì)，我從中學(xué)到很多東西，對將來我步入社會(huì)有著極其重要的作用。2012年6月參考文獻(xiàn)[1]陳華輝，中國物資出版社，[2]朱建勛蔣云等，淺聯(lián)互交三維編織技術(shù)的研究，第十三屆玻璃鋼/復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會(huì)論文集《玻璃鋼/復(fù)合材料》[3] Ko, , . 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