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。     

三维机织复合材料的弹性性能预报模型

建立了基于等效响应比拟技术的三维机织复合材料弹性性能预报模型．首先将三维机织物的结构单元分解为4个子元(经纱、纬纱、填充纱和接结纱),用几何模型去估算这些子元的体积分数．然后依据不同的外载形式,将复合材料的应力-应变关系等效地表达为3组诸子元所组成的三维弹簧网络．根据刚度系数的物理意义,采用不同的弹簧网络连接形式,并按体积平均化方法获得材料总体刚度矩阵中相应的刚度系数,进而计算得到三维机织复合材料的9个弹性系数．该模型考虑了层内交织经纱、层间交织接结纱的弯曲以及材料内部纯树脂区对三维机织复合材料弹性性能的影响．试验结果与模型的理论预测值进行比较,表明这个模型是有效的。     

触摸法评价物体柔软性的感知觉力学原理分析

物体柔软性的触觉认知机理是当前感官工程研究的重点. 基于触摸法评价物 体柔软性时物体与指尖软组织的力学作用过程,及指尖皮下机械刺激感受体接受机械刺激的 模式,建立了与这一机械作用过程等效的生物力学模型; 基于该模型,提出 并证明了表征触觉系统感应、辨别物体柔软性的能力指标------机械敏感性和感觉 敏感性; 以提出的两个指标,参数化讨论了人的触觉系统在判断和辨别物体柔软性的一般 力学原理. 理论研究证明,以触摸方式评价物体柔软性时,皮下触觉感受体及相应高级认知 系统的感知能力取决于物体与皮肤软组织的抗压力阻,且与触摸力的动态变化有关. 也正是 传递机械信号的介质------软组织的可变形性致使触觉感测系统有别于实验室压缩仪的工作 模式.     

纤维集合体内液体浸润的统计力学模型

采用Ising模型研究液体在纤维集合体内的浸润过程.假定纤维之间、纤维和液体之间的相互作用以van der Waals力为主,则纤维与液体之间的粘附能和液体内部的内聚能均可用Lifshitz理论计算（表面张力所作的功也被考虑在内）.该模型结合Monte Carlo 方法可用于模拟纤维集合体内液体浸润过程.模拟结果与芯吸实验相吻合,表明这一方法适用于液体在纤维集合体内浸润过程的研究.通过改变初始条件,该模型可进一步模拟液体在更加复杂的纤维结构内的浸润过程.