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三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料是一種新型三維纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，三維淺交彎聯(lián)機(jī)織物預(yù)制體由6層伸直的緯紗，呈現(xiàn)屈曲狀態(tài)的經(jīng)紗組成。屈曲的經(jīng)紗不僅將同一個(gè)平面的緯紗連接在一起，而且貫穿縱向緯紗，使織物在厚度方向上相較于二維織物表現(xiàn)出更強(qiáng)的力學(xué)性能。對(duì)于復(fù)合材料來(lái)說(shuō)，三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料在層間結(jié)合性上好于層合板結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出更強(qiáng)的剪切強(qiáng)度，并且具有耐沖擊、不易分層等優(yōu)點(diǎn)，在建筑、交通、國(guó)防、航天航空等領(lǐng)域具有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
通過(guò)調(diào)查得知，三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料在使用過(guò)程中主要用于承受拉伸、彎曲和沖擊載荷作用，在研究中三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料上述三種力學(xué)性能格外受到關(guān)注。借助有限元分析軟件ANSYS可以通過(guò)模擬的方式對(duì)三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料的力學(xué)性能及破壞機(jī)理進(jìn)行分析，相較于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法具有更強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性和簡(jiǎn)便性。可以更加方便的對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提高復(fù)合材料的性能。
本文借助有限元ANSYS軟件對(duì)Pro/E建立的三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料彎曲試樣件進(jìn)行彎曲測(cè)試模擬，通過(guò)對(duì)比復(fù)合材料增強(qiáng)體和樹(shù)脂基體在承受彎曲載荷作用時(shí)的區(qū)別，對(duì)復(fù)合材料彎曲破壞過(guò)程和機(jī)理進(jìn)行細(xì)觀分析。
三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料在發(fā)生彎曲形變時(shí)，由纖維增強(qiáng)體和樹(shù)脂基體共同承受彎曲載荷作用，其中的作用機(jī)理較為復(fù)雜。故本文在使用有限元ANSYS對(duì)三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料進(jìn)行模擬分析時(shí)作以下假設(shè)簡(jiǎn)化模型設(shè)置。
(1)在纖維間存在擠壓的狀態(tài)下假設(shè)經(jīng)緯紗橫截面為跑道型，縱向?yàn)檫B續(xù)的單纖維長(zhǎng)絲，且纖維長(zhǎng)絲為各向同性。
(2)假設(shè)緯紗在織物及復(fù)合材料中始終處于直線的狀態(tài)，經(jīng)紗有規(guī)律的屈曲纏繞在緯紗之間，在織物的上下表面呈現(xiàn)與緯紗跑道型軌跡相同的曲線，在織物內(nèi)部呈現(xiàn)直線狀態(tài)，且在發(fā)生彎曲破壞時(shí)，截面不發(fā)生形變。
(3)在發(fā)生彎曲形變時(shí)，復(fù)合材料的側(cè)面并不發(fā)生垂直方向以外的其他方向的變形;與壓頭接觸的復(fù)合材料上的點(diǎn)不發(fā)生任何滑移。
使用Pro/E5.0作為模型建立工具，跑道型經(jīng)緯紗截面尺寸為：直線部分長(zhǎng)度為0.5mm，兩側(cè)半圓形軌跡半徑為0.1875mm。通過(guò)掃描功能構(gòu)建出三維經(jīng)紗和緯紗，使用裝配功能分別建立經(jīng)紗、緯紗系統(tǒng)，分別如圖所示；利用切除功能構(gòu)建樹(shù)脂基體，如圖所示；根據(jù)GB/T1449-2005建立彎曲測(cè)試壓頭模型，如圖所示。
模型尺寸根據(jù)GB/T1449-2005設(shè)置，兩列緯紗之間的間距為3mm，經(jīng)紗間距為3.33mm；復(fù)合材料緯向長(zhǎng)度a=120mm，經(jīng)向?qū)挾萣=15mm，高度h=6mm；下壓頭間跨距為96mm。
三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料彎曲試樣主要由以下幾種材料組成：玻璃纖維制成的纖維增強(qiáng)預(yù)制體，由環(huán)氧樹(shù)脂E51和固化劑聚醚胺WHR-H023以量比為3:1的比例制成的樹(shù)脂基體。在ANSYS Workbench中定義上述材料的參數(shù)。
將通過(guò)Pro/E建立三維淺交彎聯(lián)機(jī)織復(fù)合材料彎曲試樣模型導(dǎo)入ANSYS Workbench中，通過(guò)布爾運(yùn)算將經(jīng)緯紗系統(tǒng)粘接為一個(gè)整體；定義纖維增強(qiáng)體、樹(shù)脂基體和測(cè)試壓頭分別為相應(yīng)的材料。
網(wǎng)格劃分：為保證模擬結(jié)果精確性，在劃分網(wǎng)格時(shí)，使用三面體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后的復(fù)合材料彎曲試樣件如圖2所示;其中纖維增強(qiáng)體由73514個(gè)元件組成，樹(shù)脂基體由158024個(gè)元件組成。
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