三维浅交弯联机织复合材料准静态冲击性能有限元模拟
冯古雨'
曹海建12
王新月钱坤孙洁
（1江南大学纺织服装学院，生态纺织教育部重点实验室，无锅214122）
（2南通大学，纺织服装学院，南通226019）
文摘借助绘图软件PRO/E构建出用于研究冲击性能的三层三维浅交弯联机织复合材料及冲头的结构模型，并利用有限元软件ANSYS对其力学性能进行模拟分析。分别表征复合材料中纤维、树脂基体的应力应变分布情况，并预测复合材料的冲击破坏形式。结果表明，在准静态冲击载荷的作用下，复合材料在冲头冲击的位置形成贯穿性损伤；纤维表现出较大的冲击应力，树脂基体表现出较大的冲击应变；冲击破坏模式主要为复合材料的变形引起的贯穿性破坏，包括纤维的断裂、树脂的破碑及纤维与树脂间的脱粘。
关键词有限元分析，三维机织复合材料，浅交弯联，准静态冲击
中图分类号：TB3
D0I:10.3969/j.issn.10072330.2016.03.004
FiniteElementAnalysisonQuasi-StaticImpactPropertyof3D
Curved Shallow-Crossing Linking Woven Composites
CAO Haijian'.2WANG Xinyue'
FENGGuyu'
QIANKun'
SUNJie
(1 Key Laboratory of Eco-Textile of Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122)
(2College of Textile and Clothing, Nantong University, Nantong226019)
Abstract A new structural model was built to study impact properties of the three-layer three-dimensional curved shallow-crossing linking woven composites (3D composites), using mapping sofware Pro/Engineer. Mechani-cal properties of the 3D composite,under quasi-static impact loads were analyzed using finite element software ANSYS workbench. The distribution of stress & strain on fibers and resin matrix in 3D composites, as well as the failure mode of the 3D composites, were discussed and predicted, respectively. Results show that under the quasi-static impact loads, transfixion damage formed in the place where the punch impact on the 3D composite.The fibers undertake more aseeeseoosesassasoeaeseseoe deformation of 3D composite is the main impact fracture mode, which includes breakage of fibers, fragmentation of resin matrix and debond between fibers and resin matrix.
Key wordsFinite element analysis,3D woven composites, Curved shallow-crossing linking,Quasi-static impact
0引言
三维浅交弯联机织复合材料是一种由三维浅交弯联预制体作为增强体，环氧树脂作为基体的新型三维机织物增强复合材料(1-2)，其预制体中屈曲的经纱以一定的规律上下浮动，包缠在纬纱周围，在厚度方向形成一定的分量，厚度方向上的分量在厚度方向上改善了复合材料的力学性能[3-]。相较与传统的层合板结构，三维浅交弯联机织复合材料在厚度方向上
收稿日期：2015-10-19
表现出更好的剪切性能，其具有耐冲击、不易分层等优点，在建筑、交通、国防、航天航空等领域具有越来越广泛的应用[6-7]
通过对三维机织复合材料应用领域的调查，发现其在使用过程中主要承受拉伸、弯曲及冲击载荷的作用，其失效形式也主要与这三种载荷的作用有关[8-9]。使用准静态冲击可以将冲击过程细化，便于更好的研究复合材料的冲击破坏行为[10-12]。
基金项目：国家白然科学基金（51302110,51203062）；江苏省产学研前路性联合研究项目（BY2013015-31、BY2014023-15BY2013015-32、 BY2014023-14）；中央高校基本科研业务费专项资金（JUSRP41501)
作者简介：马古用，1992年出生，硕士研究生，主要从事纺织复合材料的制备及性能研究。E-mail：fengguyu890@163.com 通讯作者：曹海建，博士，副教授，主要从事轻量化复合材料的制备及应用。E-mail：caohajian20010@163.com
-18 万方数据
宇航材料工艺
http://www.yhclgy.com
2016年第3期