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【復(fù)材RTM成型技術(shù)工藝】RTM樹脂傳遞模塑工藝與三維編織復(fù)合材料制造技術(shù)
發(fā)布時間:2020-02-20
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三維編織復(fù)合材料是利用紡織技術(shù),通過編織形成干態(tài)預(yù)成形件,將干態(tài)預(yù)成形件作為增強體,采用樹脂傳遞模塑工藝(RTM)或樹脂膜滲透工藝(RFI),進行浸膠固化,直接形成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)。作為一種先進的復(fù)合材料,已成為航空、航天領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料, 并在汽車、船舶、建筑領(lǐng)域及體育用品和醫(yī)療器械等方面得到了廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)復(fù)合材料經(jīng)典層合板理論已無法滿足其力學(xué)性能分析,國內(nèi)外學(xué)者建立了新的理論和分析方法。

 

三維編織復(fù)合材料是仿織復(fù)合材料之一,是由采用編織技術(shù)織造的纖維編織物(又稱三維預(yù)成形件)所增強的復(fù)合材料,其具有高的比強度、比模量、高的損傷容限和斷裂韌性、耐沖擊、抗開裂和疲勞等優(yōu)異特點。三維編織復(fù)合材料作為一種先進的復(fù)合材料,倍受工程界關(guān)注,業(yè)已成為航空、航天領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)材料,并在汽車、船舶、建筑領(lǐng)域、體育用品和醫(yī)療器械等方面得到了廣泛應(yīng)用。

 

三維編織復(fù)合材料的發(fā)展是因為單向或二向增強材料所制得的復(fù)合材料層間剪切強度低、抗沖擊性能差、不能用作主承力件,L.R.Sanders于1977年把三維編織技術(shù)引入工程應(yīng)用中。所謂3D編織技術(shù)是通過長短纖維在空間按一定的規(guī)律排列,相互交織而獲得的三維無縫合的完整結(jié)構(gòu),使復(fù)合材料不再存在層間問題,且抗損傷能力大大提高。其工藝特點是能制造出各種規(guī)則形狀及異形實心體,并可使結(jié)構(gòu)件具有多功能性,即編織多層整體構(gòu)件。目前三維編織的方式大約有20多種,但常用的有4種,分別是極線編織(polar braiding)、斜線編織(diagonalbraiding or packing braiding)、正交線編織(orthogonal braiding)和繞鎖線編織(warp interlock braiding)。三維編織中又有多種型式,例如二步法三維編織、四步法三維編織、多步法三維編織。

 

樹脂傳遞模塑法發(fā)展史

 

三維編織復(fù)合材料成型工藝主要有樹脂傳遞模塑法(RTM,Resin Transfer Molding),它是將液態(tài)樹脂注入閉合模具中浸潤增強材料并固化成型的工藝方法,是近年來發(fā)展迅速地適宜多品種、中批量、高質(zhì)量先進復(fù)合材料制品生產(chǎn)地成型工藝,它是一種接近最終形狀部件的生產(chǎn)方法,基本無需后續(xù)加工。

 

RTM技術(shù)起源于20世紀40年代的“MARCO”方法,最初是為成型飛機雷達罩發(fā)展起來的。RTM雖然成本較低,但其技術(shù)要求較高,特別是對原材料及模具的要求較高,大規(guī)模推廣有一定的困難,因而發(fā)展緩慢。到了20世紀80年代,由于工業(yè)發(fā)達國家對生產(chǎn)環(huán)境要求的各項法規(guī)日趨嚴格;同時,隨著原材料、工藝的發(fā)展和成型技術(shù)的不斷進步,加上RTM工藝自身諸多的優(yōu)點,例如,模制件公差小、有很高的表面質(zhì)量、比SMC(Sheet Molding Compound),片狀模塑料模塑壓力小、生產(chǎn)加工組織方式多種多樣、投資少、生產(chǎn)效率較高等特點而受到各國的重視。80年代末,隨著世界政治經(jīng)濟形勢的變化,RTM被認為是解決先進復(fù)合材料高成本問題的重要技術(shù)之一。日本將RTM和拉擠兩項工藝推薦為最有發(fā)展前途的工藝。美國NASA將RTM技術(shù)列入其先進復(fù)合材料計劃(ACT計劃),并組織開展了大量的研究工作,同時民用復(fù)合材料界在生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期和環(huán)保新要求的壓力下出現(xiàn)了RTM 研究和應(yīng)用的熱潮。

 

1985年前后,以縮短成型周期、提高表面質(zhì)量平順性和提高質(zhì)量穩(wěn)定性為目標的第二代RTM開始得到應(yīng)用。以更高效率為特點的第三代RTM 成型工藝在20世紀90年代中期開始得到應(yīng)用。

 

國內(nèi)RTM工藝起步于20世紀80年代末期,受當時國際RTM技術(shù)高速發(fā)展的影響,RTM注射設(shè)備和工藝方法一度形成“熱點”。但是由于受當時原材料配套系統(tǒng)不完善和基礎(chǔ)工藝理論研究欠缺的影響,未能形成規(guī)?;a(chǎn),大部分設(shè)備都處于閑置狀態(tài)。20世紀90年代以后,國內(nèi)一些單位(如天津工業(yè)大學(xué)復(fù)合材料研究所)積極研究和推廣RTM工藝技術(shù),從原材料、產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計與制造、表面技術(shù)和基礎(chǔ)理論以及工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)等方面,開展了系統(tǒng)的研究工作。進入21世紀后,隨著三維編織技術(shù)的快速發(fā)展,RTM工藝技術(shù)在飛機結(jié)構(gòu)部件和其他軍用設(shè)施和產(chǎn)品上得到了較多應(yīng)用,隨著Light-RTM 和SCRIMOP在游艇和風(fēng)機葉片上的應(yīng)用,該類型工藝的應(yīng)用優(yōu)勢越來越多地得到了大家的認可。

 

RTM工藝特點

 

RTM工藝一個重要的發(fā)展方向是大型部件的整體成型。其工藝方法以VARTM、Light-RTM、SCRIMP工藝為代表。RTM工藝技術(shù)的研究和應(yīng)用涉及多種學(xué)科和技術(shù),是當前國際復(fù)合材料最活躍的研究領(lǐng)域之一。其主要研究方向包括:低粘度、高性能樹脂體系的制備及其化學(xué)動力學(xué)和流變特性;纖維預(yù)成形體的制備及滲透特性;成型過程的計算機模擬仿真技術(shù);成型過程的在線監(jiān)控技術(shù);模具優(yōu)化設(shè)計技術(shù);新型工藝設(shè)備的開發(fā);成本分析技術(shù)等.

 

 RTM以其優(yōu)異的工藝性能,廣泛地應(yīng)用于艦船、軍事設(shè)施、國防工程、交通運輸、航空航天和民用工業(yè)等領(lǐng)域。其主要特點如下:

 

(1)模具制造和材料選擇靈活性強,根據(jù)不同的生產(chǎn)規(guī)模,設(shè)備的變化也很靈活,制品產(chǎn)量在1000~20000件/年之間。

 

(2)能夠制造具有良好表面質(zhì)量、高尺寸精度的復(fù)雜部件,在大型部件的制造方面優(yōu)勢更為明顯。

 

(3)易實現(xiàn)局部增強、夾芯結(jié)構(gòu);靈活地調(diào)整增強材料的類型、結(jié)構(gòu)設(shè)計,以滿足從民用到航空航天工業(yè)不同性能的要求。

 

(4)纖維含量最高可達60%。

 

(5)RTM成型工藝屬于一種閉模操作工藝,工作環(huán)境清潔,成型過程苯乙烯排放量小。

 

(6)RTM成型工藝對原材料體系要求嚴格,要求增強材料具有良好的耐樹脂流動沖刷性和浸潤性,要求樹脂黏度低,高反應(yīng)活性,中溫固化,固化放熱峰值低,浸漬過程中黏度較小,注射完畢后能很快凝膠。

 

(7)低壓注射,一般注射壓力<30psi(1psi=68.95Pa),可采用玻璃鋼模具(包括環(huán)氧模具、玻璃鋼表面電鑄鎳模具等),模具設(shè)計自由度高,模具成本低。

 

(8)制品孔隙率較低。與預(yù)浸料模壓工藝相比,RTM工藝無須制備、運輸、貯藏冷凍的預(yù)浸料,無須繁雜的手工鋪層和真空袋壓過程,也無須熱處理時間,操作簡單。

 

但是RTM工藝由于在成型階段樹脂和纖維通過浸漬過程實現(xiàn)賦形,纖維在模腔中的流動、纖維浸漬過程中以及樹脂的固化過程都對最終產(chǎn)品的性能有很大的影響,因而導(dǎo)致了工藝的復(fù)雜性和不可控性增大。

 

RTM成型工藝過程

 

RTM成型工藝是先在模腔內(nèi)預(yù)先鋪放增強材料預(yù)成形體,芯材和預(yù)埋件,然后在壓力或真空作用力下將樹脂注入閉合模腔,浸潤纖維,固化后脫模,再進行二次加工等后處理工序,其基本原理如圖1所示。

 

RTM工藝基本原理

 

纖維預(yù)成形有手工鋪放、手工纖維鋪層加模具熱壓預(yù)成形、機械手噴射短切纖維加熱壓預(yù)成形、三維立體編織等多種形式。

 

在合模和鎖緊模具的過程中,根據(jù)不同的生產(chǎn)形式,有的鎖模機構(gòu)安裝在模具上,有的采用外置的合模鎖緊設(shè)備,也可以在鎖緊模具的同時利用真空輔助來提供鎖緊力,模具抽真空的同時可以降低樹脂充模產(chǎn)生的內(nèi)壓對模具變形的影響。

 

在樹脂注入階段,要求樹脂的粘度盡量不要發(fā)生變化,以保證樹脂在模腔內(nèi)的均勻流動和充分浸漬。在充模過程結(jié)束后,要求模具內(nèi)各部分的樹脂均同步固化,以降低由于固化產(chǎn)生的熱應(yīng)力對產(chǎn)品變形的影響。

 

不同類型的RTM生產(chǎn)布局

 

隨著原材料技術(shù)、模具技術(shù)和設(shè)備技術(shù)的快速發(fā)展,RTM的生產(chǎn)布局也出現(xiàn)了多種多樣的形式。按照生產(chǎn)效率劃分,可以將RTM工藝的發(fā)展劃分為3代。

 

第1代RTM工藝通常為常溫固化和外部加熱,生產(chǎn)周期為80~150min,生產(chǎn)布局常采用環(huán)形生產(chǎn)線,模具在不同的工位流動,模具數(shù)量多,生產(chǎn)周期取決于時間最長的工序,通常為固化工序。

 

第2代RTM工藝的特點是模具自帶加熱系統(tǒng),同時采用了專門的開合模鎖緊機構(gòu),生產(chǎn)效率可以達到20~30min。有代表性的是雙工位RTM工藝布局,一個工位在噴射膠衣、鋪放纖維時,另一個工位可以進行注射、固化過程。

 

第3代RTM工藝采用的是120℃左右的固化溫度,模具由專用的壓機帶動實現(xiàn)開模、合模、鎖緊,設(shè)備采用高速注射設(shè)備,模具使用金屬模具,整體布局和SMC工藝類似,成型周期小于10min。

 

RTM工藝參數(shù)對工藝過程的影響

 

影響RTM工藝的工藝參數(shù)包括樹脂黏度、注射壓力、成型溫度、真空度等,同時這些參數(shù)在成型過程中是相互關(guān)聯(lián)和相互影響的。

 

(1)樹脂黏度。適用于RTM 工藝的樹脂應(yīng)該具有較低的黏度,通常應(yīng)小于600mPa·s,小于300mPa·s時工藝性能會表現(xiàn)得更好。通過提高樹脂的成型溫度來降低樹脂黏度,以利于更好地實現(xiàn)充模過程。

 

(2)注射壓力。注射壓力的選擇取決于纖維的結(jié)構(gòu)形式和纖維含量以及所需要的成型周期。研究資料表明,較低的注射壓力有利于纖維的充分浸漬,有利于力學(xué)性能的提高。通過改變產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計、纖維鋪層設(shè)計、降低樹脂濃度、優(yōu)化注射口和排氣口的位置、使用真空輔助等手段,都可以實現(xiàn)降低注射壓力。

 

(3)成型溫度。成型溫度的選擇受模具自身能夠提供的加熱方式、樹脂固化特性及所使用的固化體系的影響。較高的成型溫度能夠降低樹脂的黏度,促進樹脂在纖維束內(nèi)部的流動和浸漬,增強樹脂和纖維的界面結(jié)合能力。

 

(4)真空度。在成型過程中使用真空輔助可以有效降低模具的剛度需求,同時促進注射過程中空氣的排除,減少產(chǎn)品的孔隙含量。通過實驗數(shù)據(jù)測定,在真空條件下成型的平板平均孔隙含量只有0.15%,而沒有真空的平板孔隙含量達到1%。

 

RTM設(shè)備和模具

 

RTM樹脂注射設(shè)備包括加熱恒溫系統(tǒng)、混合攪拌器、計量泵以及各種自動化儀表。注射機按混合方式可分為單組分式、雙組分加壓式、雙組分泵式和加催化劑泵式4種?,F(xiàn)在用于批量生產(chǎn)的注射機主要是加催化劑泵式。

 

瑞典Aplicator公司制造的RI-2設(shè)備,使RTM 工藝朝高質(zhì)量、高速度的全系統(tǒng)生產(chǎn)方面邁了一大步。美國液控系統(tǒng)公司(Liquid ControlSystems)制造的Multiflow RTM設(shè)備,可對從幾克到數(shù)百千克的反應(yīng)樹脂體系進行計量,混合并注射進低壓力閉合模。

 

Multiflow CMFH型設(shè)備用于制造大型增強材料部件,輸入量為45kg/min??墒褂糜诙喾N樹脂體系。英國Plastech TT公司生產(chǎn)的注射機考慮了多種生產(chǎn)參數(shù)的集中控制問題,其中Megaject Pro型注射機是自動化程度最高的一種。

 

RTM是在低壓下成型,模具剛度相對要求低,可以使用多種材料來制造模具。常用的模具類型有玻璃鋼模具、電鑄鎳模具、鋁模具、鑄鐵模具和鋼模具。

 

一般而言,RTM工藝對模具有如下要求:

(1)保持制品的形狀、尺寸精度及上下模具的配合精度,使制品達到設(shè)計的表面精度;

(2)具有可靠地夾緊和頂開上下模具的裝置及制品脫模裝置;

(3)足夠的剛度和強度,保證在合模、開模和注射時不出現(xiàn)破壞和盡可能小的變形;

(4)可被加熱,并保證在一定的樹脂成型固化溫度下的使用壽命,在使用過程中不發(fā)生開裂和變形;

(5)具有合理的注射口、冒口、流通,保證樹脂充滿模腔,并排除制品中的氣體;

(6)具有合適的模腔厚度,使模具對預(yù)成形體有合適的壓縮量;

(7)上下模具的密封性要好,對無真空輔助的工藝,樹脂的漏損率應(yīng)小于1%,對有真空輔助的工藝,密封應(yīng)保證不漏氣,以免氣體進入模腔;

(8)以合適的材料和制造成本,滿足成型制品數(shù)量和模具壽命的要求。

 

RTM的衍生技術(shù)

 

RTM技術(shù)的發(fā)展很快,目前在上述成型的基本過程基礎(chǔ)上,還衍生出一些特殊的RTM 技術(shù),這些技術(shù)主要有真空輔助RTM(VARTM)、壓縮RTM(CRTM)、Seemann’s 復(fù)合材料樹脂滲透模塑成型(SCRIMP)、樹脂膜滲透成型(RFI)、熱膨脹RTM(TERTM)、柔性RTM(FRTM)和共注射RTM(CIRTM)等。

 

三維編織復(fù)合材料內(nèi)部紗線在平面和三維空間中交織在一起,形成一個不分層的、復(fù)雜的整體結(jié)構(gòu)。因此在編織復(fù)合材料研究之初,主要是通過試驗儀器設(shè)備等對其進行試驗觀察和研究。20世紀80年代,國外就有許多學(xué)者開始了有關(guān)三維編織復(fù)合材料的各項試驗研究,主要研究了紗線和樹脂的各種參量對編織復(fù)合材料拉伸,壓縮,彎曲和層間剪切等力學(xué)性能的影響。國內(nèi)的試驗研究起步相對較晚,直到90年代后期才出現(xiàn)報道。目前已進行包括低速沖擊和高能量碰撞在內(nèi)的各項試驗研究。

 

細觀結(jié)構(gòu)的幾何模型

 

由于編織復(fù)合材料的基礎(chǔ)是紡織技術(shù),對三維編織復(fù)合材料的研究,首先必須搞清楚紡織物結(jié)構(gòu)的幾何模型。美國是研究編織復(fù)合材料最早的國家之一。20世紀80年代比較典型的幾何模型當屬美國編織技術(shù)的先驅(qū)Frank K. Ko和Tsu-Wei Chou及其合作者最先提出的3種幾何模型:第1種是Ko和Pastore基于三維編織物中的紗線片段提出的一種單元胞體的“取向平均模型”,第2種稱之為“‘米’字枝狀模型”,Ma和Yang等把四步法編織復(fù)合材料的單元胞體結(jié)構(gòu)看成是由3根相互正交的紗線和4根對角紗線所組成,針對這些紗線的相互作用建立了細觀分析模型;第3種是Yang和Ma等的“纖維傾斜模型”。Yang等以由四步法編織的四向編織復(fù)合材料為對象,根據(jù)其預(yù)成形件內(nèi)纖維束的排列為鋸齒形的特點,建立了纖維偏斜模型。認為在單胞內(nèi)纖維束沿長方體的4個對角線方向排列,在注入基體后形成一個薄的斜板,4個偏斜的單向板形成一個單元,如圖2所示。

 

纖維傾斜模型

 

進入90年代后,各國研究人員對三維編織復(fù)合材料、編織程序、紗線在編織過程中的走向等進行了更加深入的研究,得到了更為完善、合理的編織復(fù)合材料細觀模型。其中Du和Ko介紹了4種不同的編織方式,通過單元胞體的方法建立了三維編織的幾何實體模型,給出了關(guān)鍵編織參數(shù)與纖維編織角和纖維體積含量之間的關(guān)系。Wang和Wang提出了一種描述三維編織預(yù)成形件的紗線拓撲結(jié)構(gòu)的分析方法。首先,采用定義控制體積的方法,描述在編織過程中形成的編織紗線的空間軌跡,基于紗線拓撲定義了3種不同的單胞模型,分別代表預(yù)成形件的內(nèi)部、表面、角的結(jié)構(gòu)。內(nèi)部單胞的幾何形狀為一長方體,包含四組相互交織的紗線,高為一個編織花節(jié)長度。內(nèi)部紗線結(jié)構(gòu)與Li的結(jié)果相一致。表面和角單胞的幾何形狀均為三棱柱體,高為編織花節(jié)長度,表面單胞中包含兩組相互交織的編織紗線,而角單胞中僅含有一組平行伸直的編織紗線,分析中,忽略了紡織紗線的橫截面形狀。在國內(nèi),吳德隆和郝兆平最早提出了以四步法為基礎(chǔ)“三細胞模型”,從細觀分析角度來看,紡織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)是由重復(fù)的內(nèi)部基元(B.C)邊界上的面元(F.C)和角點的柱元(R.C)構(gòu)成,如圖3所示,三細胞模型的特點在于,根據(jù)編織幾何學(xué)很好地描述織物微觀結(jié)構(gòu),可以分析拉壓雙模量材料,基體彈塑性材料及界面損傷對力學(xué)性能的影響。陳利和陶肖明等 對四步法三維編織物的結(jié)構(gòu)進行了研究,揭示了紗線在預(yù)成形內(nèi)部、表面和角點區(qū)域的不同構(gòu)形,建立了編織結(jié)構(gòu)和編織參數(shù)之間的關(guān)系。龐寶君等以四向編織復(fù)合材料為對象,建立了單胞的幾何結(jié)構(gòu)模型,并進行了細觀上的實驗驗證。

 

編織復(fù)合材料的三細胞模型

 

近年來,許多學(xué)者對矩形編織材料細觀結(jié)構(gòu)給予了高度的關(guān)注,逐步建立了由簡單“米”字型到三維實體的單胞幾何模型,推動著力學(xué)模型的發(fā)展。鄭錫濤和葉天麒系統(tǒng)地研究了四步法1×1方型編織工藝編制的預(yù)成形件及其增強的復(fù)合材料的細觀結(jié)構(gòu)。提出了紗線橢圓形橫截面假設(shè),考慮了編織紗線的細度和編織紗線填充因子的影響,創(chuàng)建了正軸模型。根據(jù)編織過程中攜紗器的運動軌跡特點,將預(yù)成形件劃分為三個不同的區(qū)域,分別定義了不同的控制體積單元,識別了編織結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系,同時給出三維編織復(fù)合材料的設(shè)計方法,三維編織示意圖見圖4。

 

三維編織復(fù)合材料示意圖

 

馮偉和馬文鎖將編織物中連續(xù)的紗線離散開來并用特殊的點符號表達,用點群和空間群分析現(xiàn)有編織材料幾何結(jié)構(gòu),一方面可以合理地對現(xiàn)有編織材料幾何結(jié)構(gòu)進行描述和分類;另一方面也可以將該理論用于推導(dǎo)編織材料幾何結(jié)構(gòu)新的和更為有效的編織方法。張美忠等由于編織復(fù)合材料實際結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,為了使研究結(jié)果更真實,用現(xiàn)有成熟的有限元軟件仿真三維編織復(fù)合材料,并研究其各項力學(xué)性能已成為一種趨勢。

 

Pandey等通過CAD建模技術(shù)來描述三維編織復(fù)合材料的代表性單元體,生動而準確地再現(xiàn)了復(fù)合材料的內(nèi)部復(fù)雜結(jié)構(gòu)。Sun等提出了數(shù)字單元法,并用該方法模擬了三維矩形編織結(jié)構(gòu)的編制過程,以確切的知道三維編織復(fù)合材料內(nèi)部每根紗線的路徑和預(yù)成型體的微觀結(jié)構(gòu)。借助VC++及SolidWorks軟件的參數(shù)化圖形建模特點,建立了能模擬各種編織參數(shù)預(yù)制體孔隙實體,計算孔隙體積及其表面積的軟件系統(tǒng)。

 

力學(xué)行為的理論研究

 

三維編織復(fù)合材料的力學(xué)模型是以上述細觀結(jié)構(gòu)的幾何模型為基礎(chǔ)的。20世紀80年代至今,代表性的工作有Ma和Yang等的彈性應(yīng)變能法、Yang和Ma等的纖維傾斜模型、吳德隆和郝兆平的三細胞模型、陳利的偏軸模型和鄭錫濤的正軸模型。90年代后期,梁軍等應(yīng)用Eshelby和Mori-Tanaka理論對三維編織復(fù)合材料進行了細觀力學(xué)分析,然后與剛度平均化方法相結(jié)合,對含圓幣型基體微裂紋的三維編織復(fù)合材料彈性常數(shù)進行了理論預(yù)報。孫慧玉借鑒國外模型發(fā)展了纖維傾斜模型,考慮厚度方向的效應(yīng),采用三維應(yīng)力-應(yīng)變分析,預(yù)報了有效彈性模量,并將此空間多向?qū)雍习辶W(xué)模型引入到了強度性能的預(yù)報。王波等提出了剛度合成法預(yù)報編織復(fù)合材料剪切彈性模量,比較了整體編織試件和裁剪所得試件的理論剪切性能,分析了剪切性能隨試件沿寬度和厚度兩個方向內(nèi)部單胞數(shù)目的變化規(guī)律。目前也有關(guān)于編織復(fù)合材料彈性性能、損傷、強度以及在超常環(huán)境下性能的工作報道。陳利和陶肖明等基于變分原理,提出用有限多相單元法來預(yù)測三維編織復(fù)合材料的彈性性能。劉振國和盧子興等提出了一種預(yù)報編織復(fù)合材料剪切性能的“米”字型體胞的有限元計算模型。黃爭鳴建立了“橋接模型”并分析了編織復(fù)合材料的剛度和強度性能。徐焜和許希武基于八邊形纖維束截面單胞模型,采用細觀非線性有限元方法,建立了三維四向編織復(fù)合材料的漸進損傷拉伸強度模型。曾濤等利用四纖維體胞模型,提出了一種多相有限元數(shù)值法,基于Tsui-Wu失效準則和Mises準則預(yù)報了三維編織復(fù)合材料的非線性響應(yīng)和損傷演化。Alzina等用多尺度分析方法預(yù)報了低溫下編織復(fù)合材料的熱彈性性能。

 

結(jié)束語

 

三維編織復(fù)合材料已在航空航天等眾多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用,在可以預(yù)見的將來,其應(yīng)用范圍還會繼續(xù)擴大。相對而言,三維編織復(fù)合材料的理論研究和試驗研究都比較滯后。由于三維復(fù)合材料具有復(fù)雜的纖維構(gòu)造,加之編織工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)、在復(fù)合材料過程中預(yù)成形件的擠壓變形、編織紗與基體的力學(xué)性能、空隙率以及紡織紗線與基體之間的界面損傷等諸多因素,影響它的結(jié)構(gòu)及力學(xué)性能的分析與估算。三維編織復(fù)合材料的理論和工藝研究工作目前仍處于探索發(fā)展階段。有關(guān)三維編織工藝理論還有待進一步地完善,新的工藝方法還有待開發(fā)。分析三維編織復(fù)合材料的力學(xué)性能的方法還需要進一步地發(fā)展,建立相對完善的強度準則是擴大三維編織復(fù)合材料使用的理論依據(jù),同時,尋求準確求解三維編織復(fù)合材料的細觀力學(xué)解也是亟待解決的問題。(來源:復(fù)合材料社區(qū))

 

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