多轴向经编针织结构增强材料低速冲击能量吸收特性研究

多轴向经编针织结构增强材料低速冲击能量吸收特性研究作为现代材料科学的一个重要分支，纤维增强结构材料以其优异的物理机械性能和可加工性获得了广泛的关注，并开始运用与各个产业领域。多轴向经编技术是近年来发展起来的一种新型的多头衬纬编织技术。利用这种技术，平行伸直、无卷曲的增强纱线可以垂直的或以所需的角度被引入织物结构中。与其他织物增强结构相比，经编多轴向增强结构(MWK结构)，可以提供更优良的物理机械性能，并能够根据使用负载要求进行结构最优设计调整和高效处理，实现热塑性基质的连续化生产，是目前最理想的增强纺织结构。在结构稳定性，力学性能，和经济性能上，MWK增强结构都具有无可比拟的优势。目前，影响MWK结构增强材料应用扩大的最大障碍是缺乏MWK增强材料设计可靠性指标的完善数据和理论验证分析以及由于缺乏经验而导致的信心不足。随着增强结构材料逐渐作为主受力构件应用，其设计可靠性问题，目益成为决定其应用范围的主要因素。尤其是材料的低速冲击损伤，作为构件最常见的损伤形式已成为增强结构材料结构损伤容限设计的最主要问题之一。与传统的均质金属材料不同，增强结构材料是非均质的，是一种可以由多种不同纤维、基本材料、界面条件以及不同的设计结构和铺层结构等加以组合的结构体。由于材料结构的复杂性，至今为止我们对各种新型增强结构材料低速冲击能量吸收特性的了解仍然很有限。本文是以国内现有的新型MWK增强结构材料作为研究对象。通过环氧树脂手糊成型工艺将MWK增强结构加工成标准材料试样。在低速冲击实验条件下，测试其能量吸收性能和损伤情况，并从多轴向经编针织结构本身的特性出发，对多轴向经编针织增强结构材料的冲击失效过程和影响能量吸收特性的因素进行了较为深入的研究和分析。本文首先多轴向经编针织结构本身的特性出发，对影响多轴向经编增强结构低速冲击能量吸收性能的各种因素进行定性分析和实验东华大学博士论文多轴向经编针织结构增强材料低速冲击能力吸收特性研究研究，根据实验结果得出了M从胶增强结构材料能量吸收的各种影响因素及其变化趋势;然后考虑和分析材料整体性能，对多轴向经编增强结构的基本几何结构和力学性能进行了实验测试和分析，并在前人研究的基础上，进一步建立了以经平组织和重经组织为基本地组织的多轴向经编增强结构几何模型和微观力学模型，通过理论分析预测了多轴向经编增强结构的基本力学性能，得到了完整的材料刚度矩阵并与实验结果进行了对比验证。实验结果和理论预测具有良好的一致性，误差范围在15%以内。最后，本文采用目前广泛应用的有限元ANSYS5.6，编制了对多轴向经编增强结构材料低速冲击进行计算模拟的有限元分析程序，建立了多轴向经编增强结构材料的有限元模型进行定量模拟分析。该模型采用三维壳单元和LS一YNA显式有限元分析方法，分析模拟了多轴向经编增强结构材料构件在低速冲击下的失效过程和能力吸收特性的影响因素，并与实验结果进行了对比验证。通过本课题的实验测试和理论模拟分析，我们对多轴向经编增强结构的低速冲击能量吸收性能和冲击损伤失效过程得到了比较深入细致的理解，得出了冲击过程中各个不同阶段的冲击接触力、冲击点位移以及冲击损伤的变化规律，研究了不同冲击能量和不同结构参数对冲击过程和冲击损伤的影响;并对以后更加深入的定量研究和更精确的材料冲击容限设计打下良好的基础。