【正文】 、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。本人授權 大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。此外，在二維層合板結構使用的基礎上，逐步研究和推廣使用三維紡織復合材料應看成是一種新技術、新工藝發(fā)展的必然趨勢，應引起足夠的重視。 由于紡織復合材料結構具有多樣化與復雜化的特點，所以影響力學性能的因素也多。人工提綜開口效率極低，若采用圖 51 中的裝置進行打緯織造，可以從很大程度上提高打緯效率。同時，織物密度大的相應的強力也更大。 表 41 三種織物及其內經紗長度 單位：（ cm） 類別 /項目 經紗長度 平均值 織物長度 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 經向接結 緯向接結 縫合平紋 將單紗拉伸斷裂強力 Py、纖維屈曲系數 C 取向角 θ 的余弦 cosθ（保留三位小數）等參數見表 42 和表 43。 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 21 實驗數據 表 33 三種織物拉伸斷裂強力數據結果 （單位： N） 名稱 /編號 1 2 3 平均值 經向接結 緯向接結 平紋縫合 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 22 4 實驗 結果與討論 三維織物強度理論公式 北京航空航天大學燕瑛教授在其《紡織結構復合材料強度性能的研究》一文中推導出了織物強度的公式 [14]，其基本過程如下： 沿受載方向纖維的屈曲程度對紡織結構復合材料的承傳力能力起決定性的作用，用屈曲系數來表征纖維的屈曲程度。 夾裝試樣。其標準試樣大小為 50mm 250mm。 三種試樣力學性能測試 實驗參數 測試儀器為溫州大榮紡織儀器有限公司生產的 YG(B)026E 型織物拉伸斷裂強力儀。 縫合層數的選擇 用游標卡尺測量經向接結三維正交織物、緯向接結三維正交織物厚度和單層平紋布厚度如表 31 所示。綜上，筆者采用了圖 312b，即改進后的鎖式縫合。 平紋布的縫合 縫合線跡有兩種基本形式：鎖式和鏈式。每兩層襯墊紗之間打一緯，后接結，此為一個循環(huán)。但為了減少紗線間的摩擦，并使得紗線分的更加清晰，在每一豎列襯墊紗之間隔一根綜絲。接結紗交織一次后保持不變，待每層襯墊紗 之間都打過一次緯后再進行一次交織綁定，然后開始下一個循環(huán)。更換成和經紗同材質的棉紗打緯。每粘好一層襯墊紗都應該及時在雙面膠上面再粘一層透明膠，防止紗線脫散。由于接結紗是事先在繞線機上繞好的紗線，在穿綜過程中必定紗線張力不勻，此時應解開經軸上的接結紗，同織造端一樣，將紗線梳理順暢，重新打結捆綁。又由于襯墊紗過多（每筘 10 根），筘齒過密，導致打緯極其困難。穿筘圖如圖 36 所示。 圖 31 第一次穿綜圖 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 14 圖 32 第一次紋板圖 試織時發(fā)現布樣中的襯墊紗全部偏移，不在同一垂直平面上，如圖 33 所示： 圖 33 第一次試織經緯向襯墊紗交織情況示意圖 分析原因，是由于紗線有張力，導致同一豎列的綜絲并不是在和經紗平行的平面上（如圖 34），進而造成一豎列的經紗不像理想狀態(tài)那樣在同一垂直平面上。但也不宜太短，否則織出的布樣太小，需多次穿紗，徒增工作量。粘透明膠的目的是防止雙面膠粘性大、強力小，粘上后不易撕下，損壞實驗設備。穿紗時，將紗線穿過導紗孔后穿入綜絲眼即可。 由于經紗和接結紗的用量不一致，故應采用雙軸織造或用筒子架送經，所以不能像織普通二維織物那樣將接結經和襯墊紗都繞在經軸上。按下“啟動”鍵，試樣開始拉伸，直至斷裂。 ? 儀器 溫州大榮紡織儀器有限公司生產的 YG(B)021DX 單紗拉伸斷裂強力儀。 表 1 為三種 纖維的性能比較： 表 11 碳纖維、玻璃纖維和芳綸纖維性能對比 纖維名稱 優(yōu) 點 缺 點 碳纖維 強度比鋼的大、密度比鋁的小、比耐熱鋼還耐高溫、又能像銅那樣導電，楊氏模量是玻璃纖維的三倍，凱芙拉纖維的兩倍，耐腐蝕性出類拔萃 耐沖擊性較差，容易損傷，在強酸作用下發(fā)生氧化，與金屬復合時會發(fā)生金屬碳化、滲碳及電化學腐蝕現象 玻璃纖維 彈性模量與金屬鋁的彈性模量相當，是普通鋼的三分之一，耐熱性較高，化學穩(wěn)定性能較好，導熱系數小 耐摩和耐扭折性很差，有堿玻璃纖維的耐水性很差 芳綸 超高強度、高模量、耐高溫、耐酸耐堿、絕緣、抗老化、生命周期長、低密度、優(yōu)良減震性、耐磨、耐沖擊、低膨脹、低導熱以及優(yōu)良的介電性能 回潮率高、制造成本高、耐壓縮性差、層間剪切強度低，其層壓制品難以切割、不耐紫外線照射 材料性能及可織造性的分析 由于玻璃纖維和碳纖維的剛度大、韌性小，在織造過程中紗線易出現磨斷、武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 9 折斷等現象，鋼筘的來回打緯亦會引起紗線起毛、起球，進而導致斷經或影響織物力學性能。 武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 8 2 實驗材料及裝置設備 實驗原料的選擇 幾種常用的三維紡織品原料 紡織品纖維種類很多，按照來源和習慣分為天然纖維和化學纖維兩大類，有的地方又將化學纖維細分為人造和合 成纖維兩類。而三維編織復合材料的模量可以設計。它的發(fā)展將對挽救生命、提高人類生活質量方面創(chuàng)造巨大的社會效益。例如，美國的軍用飛機具有自我保存的隱身功能，即在飛機的蒙皮上應用了吸收電磁波的功能復合材料來躲避雷達跟蹤，而這種復合材料是高性能的結構復合材武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 7 料。如旋轉餐廳屋蓋、異形尖頂裝飾屋蓋、樓房加高、球形屋蓋，屋頂花園、屋頂游泳池、廣告牌等。再加上三維紡織復合材料成本低且質量輕，在高速艇的建造上，如海關緝私艇、救災用沖鋒舟、海岸巡邏艇等也必須采用這樣的高性能材料來實現船體的減重 [12]。通過取消多零件組件和金屬緊固件來提高飛機結構的減重效率，為先進復合材料在飛機結構上的大量應用，實現減重目標提供有效途徑。如飛機的機翼和機門，飛機渦輪發(fā)動機的止推轉向器、轉子和葉片結構?？梢灶A料，隨著它的成本的下降，該種材料在汽車工業(yè)中也將具有廣闊的應用前景。 三維紡織增強預制件 的發(fā)展在于它的制造問題和力學性能優(yōu)于 傳統的二維層合板結構?？偟目磥?，三維機織復合材料在 20 世紀八十年代以前研究進展緩慢。 三維編織復合材料還可用于汽車車體和底盤梁、驅動軸 ， 這些復合材料構件比具有類似沖擊損傷容限和防震性能的鋼材減少 50%的重量 [20]。飛機 上的某些部位，需用蜂窩板填充，以利于減輕重量，增加結構強度。由于采用兩個系統的紗線構成，顯然，該類三維織物可以在普通織機上織制 [2]。并且織物裁剪和縫合都能自動化和連續(xù)操作。而縫合連接三維紡織復合材料技術將縫合和編織兩種工藝結合起來，有效地解決了這個問題，從而進一步拓展了三維編織復合材料的應用領域。特別適合采用樹脂擴散技術的應用。最重要的是該結構有一組厚度方向的捆扎紗，克服了一般層壓板復合材料的分層問題，受沖擊后不易損傷，機械連接孔和幾何形狀突變處的強度無顯著下降，由于具有整體性能好，力學結構合理，高的損傷容限和顯著的抵抗裂紋擴展的能力及可設計性等優(yōu)點，在對結構重量及結構強度要求高的航空航天領域里和對整體性、抗沖擊 性要求較高的海軍艦船殼武漢紡織大學 20xx 屆畢業(yè)論文設計 3 體上有良好的應用前景。其中，機織三維立體織物在三維紡織復合材料中占有相當的比重。在此，本文將在北京航空航天大學飛行器設計與應用力學系燕瑛教授的已發(fā)表的論文 [14]基礎上對其提出的三維編織復合材料強度性能的計算模型進行驗證和探討。其有著高效的分層抑制，更高的容損和卓越的沖擊、彈道以及超過二維織物層壓板的爆炸性能特點。 posite materials。本文采用不同的織造 方式 —— 經向接結、緯向接結、縫合連接來 織造三維織物， 探討不同織造方式引起的不同的紗線屈曲 、纖維取向、纖維體積分數、織物密度等對三維紡織預制件的力學性能的影響，給今后三維紡織預制件的制造提供一定的參考。 關鍵詞： 經向接結 ； 緯向接結 ； 縫合連接； 復合材料 ； 強度試驗 ABSTRACT With the threedimensional textile reinforced posites increasingly applied to various fields, making threedimensional textile manufacturing and improved preform textile industry has bee a new topic. In this paper, using different weaving methodsbinder warp, weft stitching, weaving threedimensional fabric sewn connections, explore different yarns woven in different ways due to buckling, fiber orientation, fiber volume fraction, threedimensional textile fabric density affect the mechanical properties of the preform to the future threedimensional textile preform manufacture to provide a