變厚度三維機(jī)織物的制備與結(jié)構(gòu)分析.pdf

1、三維機(jī)織物作為紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的預(yù)制件，織物中經(jīng)、緯紗線不僅沿面內(nèi)分布，而且紗線沿厚度方向分布，形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)在保留了傳統(tǒng)層合復(fù)合材料高比剛度、高比強(qiáng)度、耐腐蝕、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服了層合復(fù)合材料層間強(qiáng)度低的致命缺點(diǎn)，顯著提高了層間性能和損傷容限。另外，其整體成型性和可設(shè)計(jì)性使得其有其他材料無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。在航空、航天、船舶、汽車和建筑等防護(hù)工程領(lǐng)域具有不可替代的作用。
　　 隨著對三維機(jī)織增強(qiáng)復(fù)合材料各項(xiàng)性能研

2、究的深入，各種異型截面三維機(jī)織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和成型成為該領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)，變厚度三維機(jī)織物亦屬異型截面織物的范疇，其有廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，如飛機(jī)的螺旋漿、風(fēng)葉葉片等。傳統(tǒng)中對于葉片的制作主要采用鋪層的方式，層間性能低成為其使用的瓶頸。另外，葉片在使用中會承受巨大的應(yīng)力作用，建立較為準(zhǔn)確的力學(xué)模型預(yù)測材料的力學(xué)性能是很有意義的，而力學(xué)模型的建立需要對織物的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行客觀、合理的表征，目前已有的幾何模型過于籠統(tǒng)和理想。因此，本論文首先設(shè)計(jì)與制

3、備幾種基本結(jié)構(gòu)的三維機(jī)織物，然后基于真實(shí)的織物結(jié)構(gòu)對其幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并在此基礎(chǔ)上選擇合理的基本結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)一種厚度均勻連續(xù)變化的三維機(jī)織物。
　　 本論文首先以多層接結(jié)組織(包括自身接結(jié)和接結(jié)緯接結(jié))、角聯(lián)鎖組織和正交組織為基礎(chǔ)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、織機(jī)改造、工藝設(shè)計(jì)和上機(jī)織造，完成了三維機(jī)織物的設(shè)計(jì)和制備，得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、外觀均勻的三維等厚度機(jī)織物。
　　 對所制得三維機(jī)織物采用火棉膠將織物結(jié)構(gòu)固定，分別沿經(jīng)向和緯向切

4、片，采集切面圖片并結(jié)合圖像處理技術(shù)觀測真實(shí)結(jié)構(gòu)中紗線縱向形態(tài)和截面形狀等分布狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)在多層接結(jié)組織中，經(jīng)紗結(jié)構(gòu)方面，自身接結(jié)組織經(jīng)紗縱向呈正弦曲線狀分布，橫向截面為跑道形，接結(jié)緯接結(jié)組織縱向呈正弦曲線狀分布，橫向截面為凸透鏡形，緯紗結(jié)構(gòu)方面，自身接結(jié)組織緯紗縱向呈直線狀分布，橫向截面為月牙形，接結(jié)緯接結(jié)組織縱向呈直線狀分布，橫向截面為半圓和月牙形，墊紗結(jié)構(gòu)方面，兩種組織縱向均呈直線狀，橫向截面均為凸透鏡形；角聯(lián)鎖組織中，經(jīng)紗結(jié)構(gòu)方面，

5、角聯(lián)鎖組織為弧線和直線段相連接的形狀，橫向截面為凸透鏡形，緯紗結(jié)構(gòu)方面，角聯(lián)鎖組織為直線狀分布，橫向截面為平行四邊形和扇形；正交組織中，經(jīng)紗結(jié)構(gòu)方面，正交組織為直線狀分布，橫向截面為矩形，垂紗結(jié)構(gòu)方面，正交組織為圓弧線和直線段相連接的形狀，橫向截面為跑道形，緯紗結(jié)構(gòu)方面，正交組織為直線狀分布，橫向截面為矩形和弓形。以上規(guī)律的發(fā)現(xiàn)為變厚度織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及后續(xù)幾何模型乃至力學(xué)模型的建立提供了客觀可靠的基礎(chǔ)。
　　 鑒于上述發(fā)現(xiàn)，在變

6、厚度三維機(jī)織物的設(shè)計(jì)和制作中，選擇了緯向更有可設(shè)計(jì)性的接結(jié)緯接結(jié)組織做為基礎(chǔ)組織，并從變厚度織物的漸變結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)變化方案、厚度、緯紗排列密度和織物外觀等方面進(jìn)行了設(shè)計(jì)，進(jìn)一步探索了適宜的織機(jī)機(jī)構(gòu)、工藝參數(shù)和上機(jī)織造。得到一套全新且合理可行的厚度均勻連續(xù)變化的三維機(jī)織物上機(jī)工藝和技術(shù)。
　　 將下機(jī)后變厚度三維機(jī)織物的結(jié)構(gòu)固定后，測試不同斷面織物厚度和織物結(jié)構(gòu)，結(jié)果表明：變厚度三維機(jī)織物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是合理的，制定的各項(xiàng)工藝參數(shù)是