织物力学研究的新进展

简要地回顾了织物力学的发展历史,重点介绍近10几年来,在服装CAD核心------"试衣系统"的技术需求的刺激下,在织物悬垂、屈曲方面研究的进展.特别是关于织物屈曲研究的开展,涉及到了织物本构理论这个织物力学中最基础的问题,织物细观本构理论的建立和对织物一系列屈曲现象的成功的解析分析是织物力学研究的最新进展,构成了近代织物力学的主要内容.最后,对今后织物力学研究的方向进行了展望.      

自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望

自润滑关节轴承是1种球面滑动轴承,因其结构简单、承载能力强、可靠性高以及免维护(不需要润滑油脂)等优异性能受到广泛关注.目前,自润滑关节轴承已广泛应用于飞机发动机、起落架、机体襟副翼以及直升机旋翼系统,其在航天飞行器、汽车、核电和水利水电等领域中的应用也越来越多.随着高端装备极限性能不断提升,对自润滑轴承的服役性能及寿命要求越来越高.因此,自润滑关节轴承寿命提升、损伤失效机制和轴承寿命预测等方面的研究变得尤为重要.本文中从摩擦学视角出发,总结了自润滑关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的研究现状,包括织物坯布组织结构、增强纤维、树脂基体、功能增强材料以及纤维-树脂界面改性等内容.此外,文中还介绍了自润滑关节轴承寿命评价方面的研究进展,包括自润滑关节轴承试验规范及产品标准、轴承寿命试验及预测、轴承寿命及可靠性影响因素.最后对关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的重点研究方向进行了展望.     

MoS2和PTFE改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了炭纤维织物及辐照PTFE粉和MoS2粉改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,考察了MoS2的添加量及环境温度对改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能的影响,并用配备X射线能量色散谱的扫描电子显微镜对其磨损表面和偶件栓表面进行了观察和分析.结果表明:MoS2改性炭纤维织物可以明显改善炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,而PTFE的加入则不利于其摩擦磨损性能的改善;当MoS2质量分数在5%～15%之间时,MoS2可以有效降低炭纤维织物复合材料的摩擦系数;当MoS2质量分数为10%时,MoS2改性炭纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最佳;在不同温度条件下,MoS2改性炭纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率均低于炭纤维织物材料;当温度达到240 ℃时,炭纤维织物复合材料的磨损率急剧增大,但MoS2改性炭纤维织物复合材料的磨损率比炭纤维织物材料降低近35%.     

碳纤维织物/环氧复合材料油润滑下摩擦学性能

采用半干法制备碳纤维织物增强环氧树脂基自润滑复合材料,研究钢背衬复合材料与45钢在环-环端面浸油润滑状态下的摩擦学特性,考查载荷、速度和碳织物类型对复合材料摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损表面进行观察与分析.结果表明:轻载高速启动可显著提高单向碳织物/环氧复合材料的摩擦磨损性能,边界润滑状态下的碳织物/环氧复合材料主要表现出黏着磨损特性,对偶钢环上出现的网状转移膜大大改善了材料的摩擦学性能;平纹碳织物/环氧复合材料因表面织物纹理使得润滑油能深入到摩擦表面各区域,在重载下表现出较低的摩擦系数.     

用于正交各向异性织物仿真的弹簧质点模型

针对正交各向异性织物,本文提出了一种含附加节点的三角形弹簧质点模型．通过冗余自由度的引入和缩聚,能够实现有限元模型和弹簧质点模型三角形单元刚度矩阵的精确相等;据此,针对一般正交各向异性材料常数和单元形状,推导出弹簧质点模型中弹簧刚度系数及附加节点位置的解析表达式,有效解决了传统弹簧质点模型在正交各向异性织物仿真中存在的计算精度不高、弹簧参数选取随意等缺陷;并进一步完善了基于弹簧质点模型的柔性织物空间变形算法．数值模拟表明本文提出的弹簧质点模型和变形算法在进行织物仿真计算时,具有精度好、通用性强等优点．     

碳纤维织物增强PES-C/PTFE复合材料的摩擦学性能研究

利用热压成型方法制备了不同PES-C/PTFE含量的碳纤维织物增强复合材料,用LJ-500万能材料试验机和MRH-5A环块试验机分别考察了复合材料的力学性能和摩擦磨损性能,并研究了压制成型温度和等离子处理碳纤维织物对复合材料力学性能的影响.结果表明,碳纤维织物极大提高了PES-C/PTFE树脂弯曲强度,并且有效增加PES-C/PTFE树脂的耐磨性;PES-C/PTFE含量分别为42%和8%的碳纤维织物增强复合材料性力学及摩擦磨损综合性能最好.     

平面织物复合材料机械性能的数值细观力学分析

本文根据应变能等效原理,利用有限元分析方法,处理了单层平面织物复合材料弹性性质的细观力学估算问题.建立了平面织物增强树脂的单方向波纹模型,对于织物的结构,组分性质与复合材料的宏观性能的关系作了系统处理.给出了一组较完整的平面织物复合材料单层弹性常数的估算结果,数值予告与实验结果比较,表明文中所提出的方法是有效的,并且可以进一步用它来考虑更为完善的平面织物复合材料二维波纹模型的分析.     

聚四氟蜡和二硫化钼填充凯夫拉纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究凯夫拉(Kevlar)纤维织物材料及聚四氟蜡(PFW)和MoS2填充Kevlar纤维织物复合材料的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌.结果表明,PFW和MoS2均可以改善Kevlar纤维织物材料的摩擦磨损性能,其中PFW的改善效果尤为显著.当PFW质量分数为20%时,Kevlar纤维织物复合材料的摩擦系数减小75%、磨损率降低82%,Kevlar纤维织物复合材料的减摩抗磨性能最佳.     

碳纤维复合材料冲击模型率相关修正方法与试验研究

目前先进航空发动机的风扇叶片均采用复合材料结构,为了研究其在工作过程中可能受到的冲击损伤,即碳纤维增强树脂基复合材料受到高速冲击后的损伤与破坏过程,对其准静态下的正交各向异性本构模型和失效准则进行修正,建立了应变率相关的三维动态本构及损伤模型．该模型考虑了材料模量、强度和断裂韧性与应变率的相关性,并采用基于断裂韧性的渐进损伤模式对刚度进行折减来控制破坏过程．开展了不同应变率下的动态试验,得到基体方向拉伸与剪切的动态响应数据,拟合得到相应的动态修正因子．将该模型结合修正因子植入数值软件进行仿真计算,分析结果表明,所建立的率相关本构及损伤模型能够更准确地模拟层合板受冲击过程的损伤和破坏,与试验吻合较好．     

泡沫铝本构行为研究进展

作为泡沫金属的典型代表, 泡沫铝是一种集结构性和功能性于一体的新型材料, 随着生产工艺的提高及国民经济的发展, 泡沫铝在航空航天、交通运输、建筑工程、机械制造等领域的应用日趋深入和广泛. 工程中复杂的载荷工况, 对泡沫铝本构模型的准确性及实用性提出了更高的要求. 国内外学者对泡沫铝进行了大量的试验研究及有限元数值分析工作, 随着各种研究和数值分析本构模型的提出、验证及修正等, 人们对泡沫铝的力学性能及其应用的认识逐渐提高. 本文首先简要概述了泡沫铝力学性能的试验研究及有限元数值分析的进展, 然后重点综述泡沫铝本构行为的国内外研究进展及现状. 最后, 针对目前存在的问题, 讨论并展望了泡沫铝本构行为的研究发展趋势. 完善本构模型表征所需的特征参量, 将各向异性或横观各项同性材料假定引入模型构建体系, 明确静水压缩响应及单轴压缩响应在材料强化中的权重, 建立例如随动强化般更加真实且准确反映泡沫铝强化过程的强化准则, 将应变率效应研究成果引入本构模型中等是现有泡沫铝本构模型体系中的重要研究方向.      

机织复合材料的本构关系与成形性研究

对机织复合材料的成形性研究文献进行综述.首先介绍了纺织复合材料的种类、力学和物理特性及其工业背景.接着,从实验、理论、计算3个方面概述了目前对平纹机织复合材料的成形性以及工业冲压技术研究的进展.对于平纹机织复合材料,剪切变形是最主要的变形形式,其本构关系具有非线性的特征.通过对材料样品纯剪切行为的观测,发现了相应的皱曲现象并引入了``锁定角'的概念.大量的实验研究了材料在工业冲压中的可能出现的变形模式及其对皱曲的影响.随后,从理论上介绍了对材料本构关系(包含了拉、压、剪)的系统性模拟,以及冲压过程中有限元数值计算方面的进展.材料的成形性还受到冲压温度、模具对材料的压力、模具与材料表面的摩擦等多种因素的影响.文章对这些问题的研究一一作了简要的介绍,其中许多研究工作不仅得到了重要的结论,还开创了相关课题研究的先河,受到了人们的普遍关注.文章的最后,在总结前人成果的基础上讨论了今后的研究方向,并对该领域的发展作了展望.      

纺织结构复合材料的力学性能研究

从纺织几何学入手,通过对纺织结构复合材料细胞构型的分析,建立其刚度矩阵和本构关系,并结合纺织结构复合材料的损伤和演化规律分析,完整地描述纺织结构复合材料的力学特点.着重讨论物理概念和研究方法,以促进了解纺织复合材料的分析理论和它的工程应用.      

纺织复合材料能量吸收性能的研究进展

纺织复合材料的能量吸收性能是近年来一个十分引人注目的研究课题．本文综述了近年来对纺织复合材料能量吸收性能研究的最新进展,包括纤维纺织结构、纺织复合材料的制造及加工、材料的能量吸收机理及失效模式、能量吸收性能的测试方法等．     

对二维编织复合材料弹性、热、强度及失效分析模型的评论

纺织结构作为聚合物复合材料的增强相在许多工业应用中变得非常重要,例如在航海与航空 领域中,由于其刚度及强度与其重量的高比值而倍受欢迎.由于工业及工程应用的需求, 研究纺织复合材料的弹性性质及失效行为变得非常重要.这篇文章重点评论了关于二维编织复合材料弹性、热、强度及失效分析的数值及解析模型,给出了主要的建模技术及方法. 同时也简单给出了编织复合材料从最初的一维模型到最近三维模型的发展.本文的目的不是对所 论模型的数学方法进行详细分析,而是告知研究者关于先前工作的主要思想. 这篇评论总共引用了122篇文献.      

纺织结构复合材料冲击拉伸研究进展

纺织结构复合材料是以纺织结构作为增强体的一类复合材料, 其在一系列实际应用时往往要承受着高速冲击拉伸、冲击压缩等冲击载荷(冲击加载) 的作用. 因为纺织结构的整体性能, 纺织结构复合材料具有优异的抗冲击、抗分层与高损伤容限性能. 研究复合材料的冲击性能对于纺织结构复合材料的设计与应用具有指导作用. 本文详细介绍了纺织结构复合材料的发展, 纺织结构的种类及纺织结构复合材料的冲击拉伸性能实验与有限元分析研究情况, 同时也分析了纺织结构复合材料冲击拉伸破坏下的破坏机理研究进展, 并对纺织结构复合材料冲击拉伸性能研究的发展进行了展望.     

Nonlinear viscoelastic multi-scale repetitive unit cell model of 3D woven composites with damage evolution

Three-dimensional (3D) textile composites have great potential applications to aircrafts and high speed vehicles because of the high strength/weight ratios and the capabilities of manufacturing complex, net-shape preforms. This paper reports the nonlinear viscoelastic responses and damage mechanisms of one kind of 3D textile composites, named as 3D orthogonal woven composite (3DOWC) under quasi-static tensile loading based on a micro/meso-scale repetitive unit cells (RUCs) model. In the RUCs model, the resin is described with a nonlinear viscoelastic material and the fibers/tows with an elastic material. The damage initiation and propagation in resin are simulated by the post-damage constitutive models with maximum principal theory failure criteria. The fibers/tows impregnated with resin are defined by elastic transverse-isotropic material model with ultimate strengths failure of ‘expanded smeared crack’ both along and perpendicular to fibers/tows axis direction. The engineering parameters and ultimate strengths of homogenized fibers/tows filled with matrix in meso-RUCs model are transferred from the numerical analysis of the micro-RUCs. The results are compared with experimental and theoretical values of RUC deformation and damage initiation and propagation under monotonic axial loading. The methodology of establishing the nonlinear visco-elastic multi-scale model of 3D textile composites without introducing the real fabric architecture in finite element analyses is explained. With the multi-scale RUCs model, the mechanical behaviors of other kinds of 3D textile composites can also be predicted.     

A STUDY OF RESIDUAL STRENGTH OF SISAL TEXTILE REINFORCED VINYL ESTER

In this study, the residual strength of sisal textile reinforced vinyl ester resin is studied using specimens with a central hole. Two kinds of chemicals, silane and permanganate, are used to treat sisal fibre surfaces. The effects of fibre surface treatments on the residual strength of sisal fibre reinforced composites with different central hole sizes are analysed. Optical microscopy （OM） surveys provide sound evidence for the relationship between residual strength properties and fracture morphologies of sisal textile reinforced vinyl ester. Several theoretical models used to predict the residual strength of laminated composites are briefly reviewed. Point stress criterion （PSC） and average stress criterion （ASC） models are used to analyze the mechanical properties of sisal textile reinforced polymers with a central hole in this research. Material constant, characteristic length （d0 or lc）, is obtained and used to analyze the mechanical behavior of the composites. The residual strength of the composites predicted by PSC and ASC models is in good agreement with the experimental results..     

剑麻织物增强乙烯乙酯基复合材料的剩余强度研究

采用中间开孔试样对剑麻织物增强乙烯乙酯基复合材料的剩余强度进行了研究．两种化学处理剂硅烷和高锰酸钾分别被用来对纤维表面进行处理,并对处理前后该种复合材料的剩余强度的变化进行分析,同时,利用微观分析揭示了剑麻织物增强乙烯乙酯基复合材料的剩余强度与破坏形貌之间的关系．     

含瓦斯煤的内时本构关系及其参数的实验研究

根据含瓦斯煤的力学实验结果，采用内蕴时间塑性理论建立了含瓦斯煤的本构关系，给出了本构关系中材料参数的确定方法，并进行了实验验证。     

三维机织复合材料力学性能研究进展

对近年来关于三维机织复合材料力学性能的研究作了综述和归纳。研究表明,三维机织复合材料的力学性能不仅取决于纤维和基体的性能,而且与三维增强结构形式密切相关。通过对三维机织增强结 构的研究,获得了机织复合材料的细观结构和主要力学特征的关系,强调了增强纤维束轴向几何特征和截面形状对材料细观结构的重要影响。试验研究集中于观测机织复合材料的破坏模式,以分析三维机织结构对阻止损伤微裂纹扩展的贡献。理论分析方面较为成熟的研究是三维机织复合材料线弹性力学性能,其研究基础是层板理论模型、取向平均模型和有限元分析模型。而对强度及损伤方面的研究还有待于进一步的工作。本文对当前研究工作中的关键问题进行分析,并就今后的研究工作发表一些看法。