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传统的层合复合材料具有较弱的层间性能,容易产生分层、剪切、基体开裂、疲劳寿命低等缺陷。编织复合材料由于多向纤维束的整体编织提高了复合材料的整体性和各个方向强度的均匀性,克服了传统层合复合材料的缺点,是一种新型的先进材料,在航空航天等领域有着广阔的应用前景。
建立合理的三维编织复合材料结构模型,对其力学性能的有限元计算结果具有重要影响。本文以成型后的三维四向编织复合材料为研究对象,在实验观察和以往研究的基础上,提出了一个新的截面为椭圆形的“双纽线”型胞体结构模型,该模型正确地反映了纤维束的交织方式,更符合三维四向编织复合材料的实际细观结构。基于该单元模型推导了编织参数与结构模型参数之间的几何关系,计算了胞体中纤维体积。采用有限元软件对该模型进行了力学分析,得到了相关等效弹性性能参数,结果表明:有限元计算得到的三维编织复合材料的等效弹性性能与实验结果和理论预测值都吻合较好,从而验证了该模型的有效性。此外,基于新的单元胞体模型还确定了三维四向编织复合材料的应力场分布,验证了纤维增强机理,并为进一步的强度计算奠定了基础,并讨论了纤维编织角和纤维体积含量对三维编织复合材料等效弹性性能的影响。