【正文】 為三維全五向編織物。 三維全五向編織工藝以四步法1X1四向編織工藝為基礎(chǔ)，在編織紗圍成的全部空隙中沿編織成型方向加入第五向紗而編織成預制件，再經(jīng)過RTM工藝滲入樹脂后固化成型。由于試件是以前老師們做過實驗而剩下的試件，所以不能系統(tǒng)的編號，沿用試件上的編號。 試件編號 切割方案 編號 外形尺寸/mm 編織角/ 纖維體積含量/ (長x寬x高) （176。） （%） AL66 20 50 AL65 20 50 未切割 AL74 30 50 AL86 40 50 AL83 40 50 AL45 50 50 寬邊一邊切2mm左右 ALK82 40 50 ALK84 40 50 寬邊兩邊，每邊各切1mm ALKK61 20 50 ALKK64 20 50 窄邊兩邊各切1mm ALZZ71 30 50 ALZZ72 30 50 寬邊切2mm，窄邊切1mm ALKZ43 50 50 。（平均值） 編號 最大載荷 拉伸強度 初始模量 縱向破壞 橫向破壞 泊松比 （kN） （MPa） （GPa） 應變（%） 應變（%） （%） AL6 AL7 AL8 AL4 ALK8 編號 最大載荷/ 壓縮強度/ 初始模量/ 縱向破壞 橫向破壞 泊松比 kN MPa GPa 應變/% 應變（%） （%） ALKK6 ALZZ7 ALKZ4 ，可以看出，對于有著相似編織角和纖維體積含量的三維四向編織復合材料和三維全五向編織復合材料，全五向材料有著明顯優(yōu)于四向材料的拉伸強度，全五向材料比四向材料的拉伸強度高50%以上，切對于切邊后的類型也適用，所以全五向材料有著很好的承載縱向載荷的能力。3切邊工藝對三維編織復合材料細觀結(jié)構(gòu)的影響3. 1四步法三維編織工藝 三維編織預制件的拓撲結(jié)構(gòu)主要由編織工藝決定，四步法編織工藝過程如圖31所示。圖中的О表示掛編織紗的攜紗器，攜紗器在機器底盤上按預先給定的方式排列(見圖31a)，經(jīng)過四個步驟完成一個循環(huán): (1)相鄰的行上的攜紗器沿著相反的方向運動() (2)相鄰的列上的攜紗器沿著相反的方向運動() (3)運動方向與第一步相反() (4)運動方向與第二步相反() 以上四步完成了一個完整的循環(huán)，完成一個循環(huán)后，攜紗器的排列方式與初始狀態(tài)相同，同時編織物向上運動一個距離，這個距離即在一個機器循環(huán)中獲得的預制件的長度定義為花節(jié)長度，用h標識[4244]。在編織過程中每根編織紗按一定的規(guī)律運動，從而相互交織形成一個不分層的三維整體結(jié)構(gòu)。如果在編織過程的某一方向加紗，則可以提高復合材料某一方向的力學性能。，其中，h為花節(jié)長度，WS為花節(jié)寬度，α為編織角，θ為表面取向角。一個方型預制件通常表示成m x n的形式，其中m是攜紗器在機器底盤上排列的主體紗的行數(shù)，n是主體紗的列數(shù)，如圖31所示，方框內(nèi)的紗線即為主體紗。預制件中編織紗線的總根數(shù)N為[45]： N = mn + m + n編織物的結(jié)構(gòu)受諸多因素的影響，為了便于分析三維編織復合材料的細觀結(jié)構(gòu)，建立以下幾點假設(shè): (1)紗線的橫截面為一等效橢圓形，其長短軸分別為a, b，紗線延長度方向是均勻的。 (2)編織過程均勻穩(wěn)定，整個結(jié)構(gòu)具有均勻一致性(至少在一定編織長度內(nèi)如此)。 (3)編織紗線具有相同的細度和柔韌性。 (4)編織紗線具有相同的紗線填充因子。 (5)在編織物內(nèi)部，在不受其他紗線阻擋的部分，紗線在其張力作用下呈直線狀態(tài)。 (6)在編織物中沒有軸向紗線。 四步法編織工圖 四步法編織物的外表面在連續(xù)的編織過程中，每一個攜紗器攜帶編織紗線在機器底盤上沿著固定的折線軌道，穿越內(nèi)部，遍歷所有邊界，經(jīng)過若干步后回到起始位置。，圖中攜紗器1經(jīng)過整數(shù)倍機器循環(huán)可到達的位置點上的那些攜紗器除了起始點不同，與攜紗器1的運動軌跡都相同。這樣可將攜紗器分為若干組G。 G=mn/m和n的最小公倍數(shù) (3一2)每組的編織紗線根數(shù)M，也是所有紗線回到原來位置所經(jīng)過的運動循環(huán)數(shù): M=N/G (3一3) 三維編織攜紗器運動規(guī)律圖 編織紗線運動軌跡的水平投影圖 切割試件圖 a．切邊前三維編織復合材料 切邊前后三維編織復合材料表面差異圖，編織紗線由內(nèi)部區(qū)域運動到表面后改變運動方向，返回內(nèi)部，表面紗線的運動軌跡與內(nèi)部軌跡相連，顯示出了其整體性。，是沿厚度和寬度兩個方向同時切割的，可以看到，編織紗線被切斷，其完整的運動軌跡被破壞。176。的三維編織復合材料切邊前后表面差異圖。 由于攜紗器在內(nèi)部、表面和棱角區(qū)域的運動軌跡不同，導致各個區(qū)域具有不同的紗線編織結(jié)構(gòu)。根據(jù)攜紗器的運動規(guī)律，分別定義了三個區(qū)域的控制體積單元:內(nèi)部區(qū)域、表面區(qū)域和棱角區(qū)域。由四步法方型編織的編織工藝原理可知，編織過程是由行和列的交替運動實現(xiàn)的。在每一個機器循環(huán)中，相鄰的行(或列)的運動方向相反，而相間的行(或列)的運動方向相同，導致了預制件內(nèi)拓撲結(jié)構(gòu)的重復性。，表面和棱角上的紗線對于整體結(jié)構(gòu)的貢獻相對較小，內(nèi)部紗線占整體紗線的大部分，其比例由攜紗器的行、列決定。陳利[46]和R. Pandey都對此進行了分析，得出在編制結(jié)構(gòu)中內(nèi)部區(qū)域占主導地位，并隨著編織紗線行列數(shù)增加而增大。本文主要從內(nèi)部區(qū)域和表面區(qū)域進行分析。 內(nèi)部單胞模型，粗實線為編織紗線的運動軌跡。單胞為一六面體形狀，其中，為內(nèi)部編織角，即內(nèi)部的編織紗線與織物成型方向的夾角。由內(nèi)部單胞模型圖和基本假設(shè)可以得到內(nèi)部單胞的基本尺寸:內(nèi)部單胞的寬度:Wi =4b/sin (34)內(nèi)部單胞的厚度:Ti=4b/cos (35)內(nèi)部編織角為:tg= 8b/hsin2 (36)式中:b—紗線短軸?！砻嫒∠蚪?。h—編織花節(jié)長度。紗線在邊紗位置的運動規(guī)律與主體區(qū)域不同。三維編織復合材料表面單胞為一六面體，每個面單胞內(nèi)含有四根紗線。圖中粗實線代表表面區(qū)域編織紗線的空間運動軌跡。 表面單胞模型實際中，表面區(qū)域的編織紗線應為空間曲線，在這里用直線主要為了簡化模型。圖中的為θ表面編織角，定義為織物表面的編織紗線在編織物表面的投影與織物成型方向的夾角。表面單胞的取向平行于預制件的表面，且高為一個編織花節(jié)長度h。表面單胞的寬度:Ws=4b/sin (37)表面單胞的厚度:Ts= b/cos (38)表面編織角: tgθ= 4b/h sin2 (39) 根據(jù)定義，內(nèi)部編織角、表面編織角和編織角之間的關(guān)系是:tg=tgα =2tgθ (310)，為紗線經(jīng)過了兩個機器循環(huán)的空間運動規(guī)律圖形，從圖中可以看出:內(nèi)部纖維束運動到邊界時，連續(xù)的穿過邊界胞體，又返回內(nèi)部繼續(xù)參與編織運動，反映了纖維束的連續(xù)性和三維編織復合材料整體結(jié)構(gòu)完整性。 由表面單胞的厚度公式38可知本試驗切割方法已將表面紗線和棱角區(qū)域的紗線全部切割掉。，可以看到:受切割后，試件內(nèi)的紗線斷開。紗線ABCDEFGH在從邊界運動到內(nèi)部區(qū)域的過程中，邊界的部分ABCDE被切斷，同樣，紗線IJKLMNOP在從內(nèi)部區(qū)域向邊界運動的過程中，從切割面斷開。，紗線QRSTUVWX從內(nèi)部運動到邊界時，連續(xù)的穿過邊界胞體，又返回內(nèi)部繼續(xù)參與編織運動，在切割后，在從Q運動到R的過程中被切斷，在邊界的紗線部分全部斷開，在運動到第七步時，紗線又返回到內(nèi)部區(qū)域，很明顯紗線受到損傷，三維編織復合材料的整體性遭到破壞。 切割前的單胞模型 切割后的單胞模型紗線在預制件內(nèi)本是一根連續(xù)的不間斷的整體，經(jīng)過切邊后，紗線被切斷，破壞了其連續(xù)性，被切割紗線在預制件內(nèi)部的長度的大小與其性能產(chǎn)生影響的大小有關(guān)，所以研究切邊后紗線在預制件內(nèi)的長度是很有必要的。在連續(xù)的編織過程中，每一個攜紗器攜帶編織紗線在機器底盤上沿著固定的折線軌道，穿越內(nèi)部，遍歷所有邊界，切割面上的紗線經(jīng)過若干步后必然會回到原切割面上。 紗線運動規(guī)律圖 ，寬邊切割的試件，假設(shè)邊紗及主體紗的第一行已被切割掉，在試件足夠?qū)挼那闆r下，跟蹤主體紗的第二行的紗線，由點1開始在預制件內(nèi)運動，回到原切割面即主體紗第二行()，所需經(jīng)過的步數(shù)X1為: X1=4 x (n1)1 (311) 窄邊雙邊切割的三維編織復合材料，切割面上的一根紗線由點2開始運動，穿越試件內(nèi)部，經(jīng)過若干步后達到另一切割面()，其經(jīng)過的步數(shù)X2為: X2=2 x (m3) +Y (312)其中，Y—為經(jīng)過邊紗所需的步數(shù)。 假設(shè)試件足夠厚，則紗線由一切割面到達另一切割面所需經(jīng)過的步數(shù)X3為: X3=2 x (m3) (313) 窄邊一切切割的三維編織復合材料，當試件足夠厚時，切割面上的紗線在預制件內(nèi)運動回到原切割面經(jīng)過的步數(shù)X4為: X4=4 x (m1) (314) 在這里我們不考慮表面區(qū)域和棱角區(qū)域，把整個預制件看成是一個內(nèi)部區(qū)域。，斷邊紗線在預制件內(nèi)經(jīng)過的長度L，為: L1=X1 h/(4cos) (315) 窄邊雙邊切割的三維編織復合材料，斷邊紗線(試件足夠厚時)在預制件內(nèi)經(jīng)過的長度L3為: L3=X3h/(4cos) (316) 窄邊一邊切割的試件，當試件足夠厚時，其斷邊紗線在預制件內(nèi)的長度L4為: L4=X4h/(4cos) (317)其中m—攜紗器在機器底盤上排列的主體紗的行數(shù)。 n—主體紗的列數(shù)。 h—花節(jié)長度。 y—內(nèi)部編織角。 由公式(311)、(314)、 (315)和(317)可以看出，當m值與n值相同時，可以認為X1=X4，L1=L4，即當厚度與寬度都足夠大，寬邊切割與窄邊切割受切割紗線由切割面經(jīng)過運動又回到原切割面所經(jīng)過的步數(shù)是基本相同的，被割斷紗線在預制件內(nèi)的長度也基本相同。 由上一節(jié)的實驗結(jié)果可知，當三維編織復合材料的寬度足夠?qū)挄r，窄邊切割對其力學性能基本沒有影響。所以由以上分析可以得出，當厚度足夠大時，三維編織復合材料的力學性能也基本不受寬邊切割的影響。實際上寬邊與窄邊兩個不同的切割，可以歸結(jié)為同一個問題，即當厚度足夠大時，寬度與厚度為同一概念。當三維編織復合材料厚度與寬度都足夠大時，沿寬度方向切割與沿厚度方向切割邊紗對其力學性能基本不產(chǎn)生影響，可以對試件進行一定程度的加工。為了便于直觀分析，根據(jù)以上公式，得出拉伸試件的被切割紗線在預制件內(nèi)的長度()。 切割紗線長度 編織角（176。） L1（mm） L3（mm） L4（mm） 35 由此可以得出，當厚度不大時，L1遠小于L4，即寬邊切割的不連續(xù)紗線在預制件內(nèi)的長度L1小，拉伸時，被切斷的纖維易發(fā)生抽拔，所以其力學性能下降程度