● 摘要
三维编织复合材料以整体编织预成型件作为增强材料，不需缝合和机械加工，具有明显的性能可设计性，且具有良好的综合性能指标，如较高的强度、刚度和较好的抗冲击性、耐烧蚀性等，所以受到工程界的普遍关注，成为航空、航天领域的重要结构/功能材料，并在交通、建筑领域及体育用品和医疗器械等方面得到了广泛应用。本文主要对三维全五向编织复合材料的力学性能进行了试验研究，并用有限元方法预测三维全五向编织复合材料的等效弹性性能，预测结果和试验数据吻合较好。论文首先介绍了三维编织复合材料的研究背景，主要从刚度研究和试验研究两个方面进行了综述。在第二章，论文讨论了用三维四步法实现全五向的编织，并对RTM工艺进行了探索。然后，对通过RTM工艺合成的三维全五向和五向编织试件，分别进行了拉伸、压缩和弯曲性能试验，得到了编织复合材料的主要力学性能参数，从宏细观角度研究编织复合材料的力学行为，分析得到编织复合材料的力学性能随编织工艺参数的变化规律，并通过对试件断口的观察分析材料的变形及其破坏机理。最后，以三维全五向代表性体积单元单胞作为研究对象，考虑了纤维束间的粘接效应，建立了内部单元胞体有限元计算模型。通过有限元计算对三维全五向编织复合材料的等效弹性性能进行了预测，分析了编织角和纤维体积含量对材料弹性性能的影响规律，并到了体胞的细观应力场。将有限元预测分析结果和相关试验结果进行对比，表明该模型能较理想的预报三维编织复合材料的刚度性能。