织物增强柔性复合材料是由织物增强体和柔性基体复合而成,较好的满足了材料对质地轻、强度高、韧性和柔性好的要求,被广泛应用于军工、建筑和安全防护等领域。织物增强柔性复合材料的力学性能取决于增强体织物,因此,开发新型结构的织物成为科研人员和工程技术人员研究的主要目标。平面三向织物是由同一平面内三组纱线彼此以一定角度交织而成(通常以60°交织),具有机械性能准各向同性、结构稳定性好、抗撕裂强度高和抗顶破性能好等特点,在对机械性能各向同性要求较高的织物增强柔性复合材料领域具有明显的优势,如橡胶隔膜。因此,本文以平面三向织物增强橡胶复合材料为研究对象,采用实验方法和有限元分析方法研究该材料的力学性能,并与平纹织物增强橡胶复合材料进行对比,该研究为平面三向织物在柔性复合材料增强体上的应用奠定基础。本文具体研究内容如下:(1)平面三向织物增强橡胶复合材料的制备。本文采用186.67tex锦纶66工业长丝织造了平面三向织物,并与丁腈橡胶混炼胶复合制备平面三向织物增强橡胶复合材料。根据平面三向织物中锦纶66长丝的截面形状及几何路径,建立平面三向织物增强橡胶复合材料的有限元分析模型。(2)平面三向织物增强橡胶复合材料拉伸性能。论文对以平面三向织物增强橡胶复合材料的某一组纱线为基准,沿逆时针方向偏离基准0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°等7个方向的进行拉伸,分析了偏轴角度和试样形状(长方形和哑铃形)对平面三向织物增强橡胶复合材料拉伸性能的影响。研究结果表明:平面三向织物增强橡胶复合材料沿各个偏轴方向拉伸破坏沿纱线方向扩展,其破坏特征为拉伸-剪切耦合型破坏;相对于长方形试样,哑铃形试样具有较高的拉伸断裂强度,且损伤位置远离夹具;与平纹织物增强橡胶复合材料相比,平面三向织物增强橡胶复合材料在拉伸性能上具有各向同性的特点,适用于对各向同性要求较高应用领域。(3)平面三向织物增强橡胶复合材料撕裂性能。论文研究了平面三向织物增强橡胶复合材料撕裂性能,包括预切口沿纱线方向和预切口沿任意两组纱线角平分线两种情况,分析了撕裂过程中的撕裂载荷的变化规律及撕裂破坏特征。研究表明:平面三向织物及其增强橡胶复合材料的撕裂过程可分为初始阶段、预切口张开阶段和撕裂口扩展阶段等三个阶段,分别与撕裂载荷-位移曲线低模量区、高模量区和震荡区相对应;预切口与纱线平行时,平面三向织物及其增强橡胶复合材料具有较高的撕裂载荷和较大撕裂起始位置。(4)平面三向织物增强橡胶复合材料顶破性能。论文研究了冲头形状、冲头与试样接触位置对试样顶破性能的影响。研究表明:钝的冲头产生较大的顶破载荷及载荷-位移曲线斜率,较小初始损伤位移;橡胶基体有效提高了平面三向织物的顶破破坏载荷,减小了试样的损伤区域,平面三向织物与平面三向织物增强橡胶复合材料的初始损伤位移基本一致;在三种冲头作用下,冲头与平面三向织物增强橡胶复合材料的接触位置对载荷位移曲线及损伤形貌基本没有影响;相对于平纹织物,平面三向织物具有较高的载荷-位移曲线斜率和破坏载荷,较低的初始损伤位移,表现出较好的结构稳定性;由于橡胶基体对织物中纱线的固结作用,平面三向织物增强橡胶复合材料与平纹织物增强橡胶复合材料顶破载荷-位移曲线及损伤特征基本一致。平面三向织物增强橡胶复合材料偏轴拉伸、撕裂和顶破性能的有限元模拟结果与实验测试结果吻合度较高,验证了平面三向织物增强橡胶复合材料有限元模型合理性及参数设置的正确性。