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三维编织复合材料除了具有传统复合材料的高比强、高比模的优点之外,其在剪切强度、抗冲击损伤、结构可设计性和整体异型性等方面也有突出表现,因而在航空、航天等领域得到了广泛应用。目前,关于三维编织复合材料力学性能的研究工作主要是针对三维四向和五向编织复合材料,对三维六向编织复合材料力学性能的研究还很不充分。相比于三维四向和五向编织复合材料,三维六向编织复合材料因具有更强的可设计性和面内性能,而被越来越多的用于航天器设计上。针对三维六向编织T700/TDE-86复合材料,本文从材料刚度、强度、低速冲击和冲击后压缩等力学性能进行了实验、理论和数值分析。 第一章从材料刚度、强度、低速冲击和冲击后压缩四个方面对三维编织复合材料力学性能的研究进展进行了综述,对课题背景及本文选题的目的和意义进行了阐述。 第二章从实验角度对不同编织角和不同纤维体积含量的三维六向编织T700/TDE-86复合材料沿编织成型方向的拉伸力学性能进行了研究。获得了三维六向编织复合材料在拉伸载荷作用下的主要力学性能参数,分析了编织角和纤维体积含量对三维六向编织复合材料纵向拉伸力学性能的影响,并对其在拉伸载荷作用下的断口形貌和破坏模式进行了分析。 第三章对三维六向编织复合材料的等效弹性性能进行了理论和数值预报。首先,利用刚度平均化方法,在考虑材料细观结构的基础上建立了三维六向编织复合材料的层合板模型,推导了三维六向编织复合材料代表性体积单元应力分量的表达式,采用Hashin均匀化理论对三维六向编织复合材料的纵向有效弹性模量进行了理论预报。然后,将有限元技术与细观力学理论相结合,建立了三维六向编织复合材料的单胞模型,并利用数值方法对三维六向编织复合材料沿编织成型方向的有效弹性模量进行了预报。并将理论和数值预报结果与实验数据进行了比较,分析了误差产生的原因。 第四章在本文建立的三维六向编织复合材料单胞模型的基础上,根据等应变假设和最大应力失效准则,建立了预报三维六向编织复合材料沿编织成型方向的拉伸强度的有限元模型,对三维六向编织复合材料的拉伸强度进行了数值预报。讨论了编织角和纤维体积含量对三维六向编织复合材料拉伸强度的影响,并将数值预报结果与实验数据进行了对比,分析了误差产生的原因。 第五章从实验和数值角度对三维六向编织复合材料的低速冲击力学性能进行了研究。分析了不同冲击能量、不同编织角和不同纤维体积含量下三维六向编织复合材料的低速冲击响应。采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对在不同冲击能量、不同编织角和不同纤维体积含量下三维六向编织复合材料的低速冲击过程进行了数值模拟,并将实验结果与数值模拟结果进行了对比,证明了本文数值方法的有效性。 第六章中通过冲击前后的压缩实验研究了三维六向编织复合材料的压缩强度和剩余压缩(CAI)强度问题。讨论了冲击能量、编织角和纤维体积含量对三维六向编织复合材料的压缩强度和CAI强度的影响,并分析了各种情况下材料的破坏模式。所得结论可为抗低速冲击下,三维六向编织复合材料的设计和制备提供科学依据。