三維編織復合材料開孔前后剪切性能.pdf

1、三維編織復合材料中增強纖維束連續(xù)貫穿構件的各個部分并形成整體的空間網(wǎng)狀細觀結構，從根本上不同于傳統(tǒng)復合材料的層合結構，鑒于此，三維編織復合材料正成為軍工領域、航空航天領域的重要材料結構。對其力學性能的試驗和研究是實現(xiàn)復合材料工藝優(yōu)化和性能設計的關鍵，而剪切力學性能更是材料和力學工程師關注的焦點。但是國內(nèi)外對于三維編織復合材料剪切性能研究很少。復合材料在實際應用中常常采用機械連接以實現(xiàn)與其它結構的組接，因此需要在結構上開孔以進行螺栓或鉚固

2、連接，機械開孔對復合材料結構及性能的影響尤為重要。本文研究了三維編織碳纖維復合材料矩形截面的剪切性能以及其在機械開孔后的剪切性能。
　　 本文采用三點彎曲式短梁試驗方法測試三維編織碳纖維復合材料矩形截面試件開孔前后的剪切性能，根據(jù)三維編織復合材料在剪切破壞后的截面狀態(tài)，判斷其破壞模式。切邊三維編織復合材料試件受剪切破壞時在加載點附近側表面裂縫沿紗線走向分布，且裂縫分布范圍得到很好的控制，上下兩表面發(fā)生彎曲破壞，離開側表面2mm、

3、4mm后內(nèi)部縱向截面除上下表層外均沒有發(fā)生剪切破壞。切邊開孔三維編織復合材料試件的剪切破壞是矩形試件側表面和接觸加載桿部分開孔內(nèi)壁的裂縫沿著紗線走向分布，而內(nèi)部未發(fā)生剪切破壞，研究表明機械開孔對三維編織復合材料結構和其剪切性能未造成較明顯的擴展破壞，即對開孔破壞有很好的控制。
　　 本文采用三點彎曲式短梁試驗方法測試三維編織碳纖維復合材料矩形截面試件開孔前后的剪切強度，研究表明三維五向編織復合材料的剪切性能較三維四向編織復合材料

4、好，三維編織復合材料剪切強度沿長度方向隨著編織角的減小而增加。對三維編織復合材料矩形試件進行機械開孔，開孔直徑占試件寬度33.3％，并研究其剪切性能的變化，研究表明三維編織復合材料四向編織復合材料在機械開孔后橫向剪切應力和剪切強度降低幅度基本控制在33.3％附近，而三維編織復合材料五向編織復合材料在機械開孔后剪切應力降低幅度低于三維四向編織復合材料。該實驗同時驗證了由剪切模式推斷出的三維編織復合材料機械開孔后剪切性能降低范圍控制在徑寬比