2.5D编织复合材料细观结构及弹性性能杨振宇俸翔’苏洲卢子兴范锦鹏？
（1北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191）
(2航天材料及工艺研究所先进功能复合材料技术国防科技重点实验室，北京100076）
文摘基于对2.5D编织复合材料细观结构的观察，提出了结构上更稳定的三维力学模型，反映了2.5D 编织复合材料的结构。针对该模型，推导了纤维体积分数与几何参数之间的关系，并采用刚度平均法和有限元法预测了2.5D编织复合材料的等效力学性能，分析了弹性常数随纤维体积分数以及经密、纬密的变化规律。两种方法的预测结果均表明，倾斜角对弹性性能影响并不显著，但对材料内部的细观应力场有较大影响。理论预测与有限元结果吻合较好，从而验证了模型的有效性。
关键词2.5D编织复合材料，细观结构，刚度平均法，有限元法
Meso-StructureandElasticPropertiesof2.5DBraidedComposites
Su Zhou'
YangZhenyuFengXiang
Lu Zixing
FanJinpeng
(1 School of Aeronsutics Science and Engineering, Beihang Univernsity, Beijing 100191)
(2 National Key Laboratory of Advanced Functional Composite Msterials Technology ,Aerospace Research Insitute of
Materials & Processing Technology, Beijing100076)
AbstractBased on the observation of the meso-structure of 2.5D braided composites, a three-dimensional me chanical model is presented, which is more stable and is able to reflect the structure of this composites. The relation ship between the fiber volume and geometric parameters is deduced by using this model. The stiffness average method(SAM) and finite element method (FEM) are adopted to predict the effective mechanical properties. The elastic con stants varying with the change of fiber volume, warp density and weft density are analyzed. Both of the predicted re sees stress field. The theoretical prediction is in accordance with the FEM results, which verifies the validity of the model
Key words2.5D braided composites, Meso-structure, Stiffness average method, Finite element method
1前言
2.5D编织复合材料采用机织或编织成型，通过纬纱和经纱之间缠绕形成互锁，纤维束在厚度方向上以一定角度进行交织，使材料具有更好的整体性，因而具有良好的剪切性能及很强的可设计性。2.5D编织复合材料避免了2D编织复合材料层间性能差和 3D编织复合材料工艺复杂的缺点，降低了制造成本、缩短了生产周期，且易于制备回转构件，如头锥、壳体等复杂结构件。近年来，陶瓷基2.5D编织复合材料因具有优异的耐烧蚀性和透波特性，在航空、航天领
域受到越来越多研究者的关注(1-6]。在国外,Dalmaz 等[2]采用超声技术测量了2.5DC/SiC编织复合材料的9个独立弹性常数，还基于Eshelby模型预测了材料的等效弹性模量，并与实验相吻合。Boitier等[3-5] 针对2.5DC/SiC编织复合材料进行了拉伸蜗变实验，并通过TEM和高分辨率扫描电镜（HREM）对材料的微观结构及其演化规律进行了观察。在国内， Ma等(6]针对CVI工艺制备的2.5DC/SiC复合材料的微观结构进行了表征，并沿经纱和纬纱方向对材料进行了拉伸实验，结果显示其应力应变曲线具有明
收稿日期：2009-09-20
基金项目：国家自然科学基全（10932001）：博士后科学基金（20090440013，200902044）
作者简介：杨报字，1980年出生，讲师，主要从事新型材料力学行为研究，Email：ryang@buaaedu.en
htp://www.yhelgy.com字航材料工艺2010年第2期
万方数据
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