复合材料三维编织结构的单元体模型
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复合材料三维编织结构的单元体模型
第13卷 第3期 复 合 材 料 学 报 Vol. 13 No. 3
1996年 8月 ACT A MATERI AE COMPOSIT AE SINICA August 1996
复合材料三维编织结构的单元体模型
韩其睿 李嘉禄 李学明
( 天津纺织工学院, 天津300160)
摘 要 复合材料三维编织结构技术是国外八十年代发展起来的高新纺织技术。三维编织结构复合
材料是一种新型结构形式的复合材料, 它具有优良的抗冲击损伤性能、力学性能和耐烧蚀性能。本文
讨论了三维编织结构的单元体模型, 推导出有关参数之间的数学关系。
关键词 复合材料, 三维编织, 单元体模型, 纤维体积比
复合材料三维编织结构技术是八十年代发展起来的高新纺织技术。它创造了一类新的复
合材料结构形式。复合材料三维编织结构具有优良的抗冲击损伤性能、力学性能和耐烧蚀性
能, 因而这种新的复合材料结构形式倍受重视。在国外, 复合材料三维编织结构技术已经在航
天、航空、汽车、武器装备、医疗及体育用品等领域得到应用。
随着三维编织技术的发展, 人们提出了许多种编织方法, 其中, 四步法和两步法代表了该
领域的主流。本文讨论四步法的三维编织结构的单元体模型及有关参数之间的关系。
为了预测三维编织结构复合材料的性能, 人们对三维编织结构进行了大量研究。并且提出
了各种各样的单元体模型
[ 1] [ 2] [ 3]
。在这些模型中, 都把纤维束的横截面假设为圆形, 并且在编
织过程中保持不变, 这与实际编织物中的纤维束形状相差较大。本文作者在大量实验数据的基
础上, 提出了一种新的单元体模型, 并推导出有关参数之间的关系式。
1 四步法的编织工艺过程
图1所示为四步法的编织工艺过程。编织纤维束排成矩形阵列。编织工艺过程是依次移动
行和列。( 1) 交错移动各行。( 2) 交错移动各列。( 3) 按照与第一步相反的方向交错移动各行
。
( 4) 按照与第二步相反的方向交错移动各列。以上四步构成一个机器循环。随着这样循环的不
断进行, 纤维束互相交织, 形成三维织物。
在四步法的三维织物中, 参加编织的纤维束可分为四组, 它们分别沿着不同的方向延伸,
且与竖轴的夹角( 纤维取向角) 相等。由于四组纤维束在空间均匀地向四个方向达延伸, 从而形
成了不分层的织物结构。
2 单元几何模型
在建立三维编织结构单元体模型的过程中, 我们作如下假设:
本文于1995年3月22日收到修改稿, 1994年11月21日收到初稿
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