摘要: 双轴向经编针织物(biaxial warp-knitted,简写为BWK)在经编地组织衬入伸直纱线，经编组织使衬入纱线形成稳定结构，沿纱线方向具有高拉伸刚度和强度。双轴向经编针织物可作为增强体用于风力发电、航空航天等领域。本课题以压缩试验为基础，建立细观结... 展开 双轴向经编针织物(biaxial warp-knitted,简写为BWK)在经编地组织衬入伸直纱线，经编组织使衬入纱线形成稳定结构，沿纱线方向具有高拉伸刚度和强度。双轴向经编针织物可作为增强体用于风力发电、航空航天等领域。本课题以压缩试验为基础，建立细观结构简化模型，利用有限元方法研究双轴向经编针织复合材料压缩性能，分析破坏机理。 论文主要工作有： (1) BWK复合材料冲击压缩试验：采用MTS-810材料测试系统和分离式霍普金森压杆完成BWK复合材料不同应变率范围内的冲击压缩试验，获取应力-应变曲线、破坏形态特征。试验结果表明：BWK复合材料对应变率敏感，最大应力和压缩刚度随应变率增大而增大，失效应变随应变率增大而减小；BWK复合材料厚度方向失效模式为剪切破坏，面内方向准静态时失效模式为剪切破坏，高应变率时材料主要是分层破坏。 (2) BWK复合材料细观结构模型的简化：经编纱的力学性质融进树脂内，简化为“等效树脂”。依据BWK的结构特点，确定等效树脂最小代表体积单元(RVE)，将RVE分割成一系列纤维体积含量相同的“亚单胞”，计算局部坐标系下“亚单胞”刚度矩阵，并转换成全局坐标系下“亚单胞”刚度矩阵，根据体积平均思想计算得到等效树脂的刚度矩阵，简化后BWK复合材料只包含等效树脂与经纬纱。在有限元软件ABAQUS中创建BWK复合材料细观结构简化模型。 (3)有限元计算结果分析：在商用有限元软件ABAQUS中模拟BWK复合材料准静态压缩和高应变率冲击压缩破坏过程。模拟结果与试验结果吻合较好，证明本文所建有限元细观结构简化模型在预测压缩性能方面有效。通过观察应力波在经纬纱和树脂中的传播，揭示复合材料破坏机理：BWK复合材料面外压缩失效模式为剪切破坏，产生两条与压缩轴成45°夹角的剪切带，切断与剪切带不在一个平面上的纤维束，树脂也沿着剪切带开裂。复合材料被分割成三部分发生滑移，导致较大塑性变形。面内方向上失效模式主要是分层破坏。应力由受压面向另一端面传递，纤维束间树脂首先发生碎裂，层间发生分离。主要由纤维束承受压缩载荷，纤维束发生屈曲变形使复合材料产生分层。 收起