渗透率作为预制件的关键性能之一,是决定液态成型工艺中树脂流动是否完全、树脂浸润纤维是否充分的关键要素。解析纤维构型响应复杂应力行为后的渗透率的结构相关性已成为国内外学术界树脂渗流机理的研究焦点。对于主承力构件而言,较多的层数往往伴随着层间偏移引起的嵌套效应,不仅影响织物的压缩响应行为,也会引起预成型内部孔隙结构的变化,而织物内部流动路径的改变,最终导致预成型体渗透能力产生较大差异。因此,探讨织物层间嵌套对压缩性能及渗透性能的影响,基于纤维形变行为建立有效的多孔结构渗流模型,有助于深刻理解多孔介质的输运机理,同时精确预报织物压缩厚度及渗透率,也对液态成型工艺优化具有较高的工程价值。本文针对单向布以及0/90 NCF(non-crimp fabric)织物,分别研究了层间偏移引起的嵌套对织物同向铺层时的压缩响应行为以及渗透性能的影响。对于单向布,首先根据织物内纤维束椭圆截面的假设,建立了松弛状态下层间偏移量与织物厚度的关系模型,然后通过假设纤维束受压横截面的变化,并基于经典的纤维束本构关系,建立了不同嵌套状态下两层织物的厚度压缩模型。该模型将织物的压缩厚度与外部载荷、织物组织结构、层间偏移量关联起来,可用于描述任意嵌套状态。在此基础上进一步建立了多层织物的压缩响应模型,分析了层数对织物压缩响应行为的影响。结果表明:(1)松弛状态下,嵌套程度不同导致织物的厚度产生一定差异,且层数越多,差异越明显。当层数n趋于无穷时,最大嵌套的平均每层厚度只为最小嵌套时的的86.6%。(2)同样受力条件下,织物的平均每层厚度随着偏移率的增加而减小;不同偏移率下的平均每层厚度比值,初始阶段随着压力的增加而迅速降低,之后基本保持稳定。(3)嵌套引起的平均每层厚度的减小量与织物总压缩量的比值在初始阶段随着压力的增加而快速下降,之后趋于平缓;同等受力条件下,比值随着偏移率的增加而增大,当偏移率为1时,比值高达0.352。(4)由于实际铺放过程中层间偏移的不可预知性,在一定压力下对多层织物的平均每层厚度进行了理论统计分析,发现其分布规律符合正态分布,且随着层数的增多,平均每层厚度的分布区间将会越来越窄,引起织物的压缩曲线随着层数的增多而趋于集中。对于大于10层的织物可直接采用压力F与内部层间距的期望E(h?)的变化曲线表征多层织物的压缩性能。在单向布压缩模型基础上,根据纤维的分布特点,将典型单胞结构划分为不同区域,分别建立各个区域的渗透率模型。由于渗透率的倒数可以阐述为多孔介质对流体的阻碍作用,类比电阻学的相关理论,单胞内各个区域之间的渗透作用可以描述为复杂的串并联关系,最终建立了与织物组织结构、偏移量相关的面内渗透率预测模型及厚向渗透率预测模型。由于各层间偏移的不同,将每邻近两层看作渗透率不同的多孔介质,最终建立了多层织物的等效渗透率模型。与单向布不同,层间偏移对0/90 NCF织物的厚向压缩性能及面内渗透性能的影响十分微弱,原因在于,同向铺层时0纱之间始终间隔有90纱,邻近层间不会有上层纤维束嵌入下层束间隙的现象产生。因此,双轴向NCF织物的压缩模型可采用单向布最小嵌套的模式描述。同时,由于同等压力条件下,织物厚度与偏移量无关,可以采用单层织物的面内渗透率模型表征多层织物的渗透性能。然而层间偏移却影响了流体在织物厚向的流动路径,对NCF织物的厚向渗透率产生很大影响。根据不同偏移时z向纤维的分布特点,将典型单胞结构划分为16个不同区域,同样采用串并联理论,建立了单胞的厚向等效渗透率模型。将每相邻两层看作渗透率不同的多孔介质,采用串联理论,最终建立了多层NCF织物的厚向等效渗透率模型。渗透率研究结果表明:(1)对单向布而言,平均每层厚度一定时,层间偏移对面内及厚向渗透率都产生了影响,尤其是对y向(纤维轴向)及厚向渗透率的影响最大。随着偏移量的增加,x向渗透率缓慢增加,原因在于纤维束体积含量的减小,导致了纤维束横向渗透率的增加,决定了x向渗透率的变化规律;随着偏移量的增加,y向渗透率及z向渗透率具有相同的变化规律:初始急剧下降,后续阶段缓慢增加。原因在于,初始阶段贯通织物厚度的纯孔隙区域逐渐消失,是影响y向及z向渗透率的主要因素,偏移量为0时,纯孔隙区域的截面尺寸最大,因而渗透率yK、zK达到最大值;偏移量等于束间隙的宽度时,纯孔隙区域消失,渗透率yK、zK达到最小。(2)对NCF双轴向布而言,层间偏移主要影响z向渗透率的变化,偏移量为0时,zK取最大值,偏移量为L/2时,zK取最大值。(3)由于层间偏移的不可预知性,对多层织物的渗透率分布进行了理论统计分析,结果显示,单向布的面内及厚向渗透率的分布都趋于正态分布,而0/90 NCF织物小于6层时,厚向渗透率的分布范围较广,跨越3~4个数量级,大于8层时才符合正态分布规律。同时,两种织物的渗透率的分布都会随着层数的增加趋于集中。