纺织学报 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (12): 57-62.doi: 10.13475/j.fzxb.20190106006

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三维编织复合材料T型梁的低温场弯曲性能

刘军1, 刘奎1, 宁博1, 孙宝忠2, 张威2()   

  1. 1.上海飞机制造有限公司, 上海 200436
    2.东华大学 纺织学院, 上海 201620
  • 收稿日期:2019-01-29 修回日期:2019-07-26 出版日期:2019-12-15 发布日期:2019-12-18
  • 通讯作者: 张威
  • 作者简介:刘军(1984—),男,高级工程师,硕士。主要研究方向为复合材料结构件研制。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51675095);国家商用飞机制造工程技术研究中心创新基金项目(SAMC18-JS-19-048)

Bending properties of three-dimensional braided composite T-beam at low temperature

LIU Jun1, LIU Kui1, NING Bo1, SUN Baozhong2, ZHANG Wei2()   

  1. 1. Shanghai Aircraft Manufacturing Co., Ltd., Shanghai 200436, China
    2. College of Textiles, Donghua University, Shanghai 201620, China
  • Received:2019-01-29 Revised:2019-07-26 Online:2019-12-15 Published:2019-12-18
  • Contact: ZHANG Wei

摘要:

为研究三维编织复合材料T型梁低温环境下的弯曲力学性能,以指导耐低温抗弯曲三维编织复合材料结构设计,采用真空辅助树脂传递模塑成型工艺制备不同筋高高度三维编织复合材料T型梁,自制低温环境箱,与MTS 810.23型材料测试系统相结合测试三维编织复合材料T型梁在不同低温下的弯曲力学性能。结果表明:随测试温度的降低,三维编织复合材料T型梁载荷增加,位移增大,能量吸收增加;随筋高高度的增加,三维编织复合材料T型梁载荷增加,位移减小,能量吸收增加,抗弯刚度增强;三维编织复合材料T型梁由较高温度下不同程度的屈服断裂转变为低温下的脆性断裂,随着筋高高度增加,失效模式由弯曲失效转变为剪切失效。

关键词: 三维编织复合材料, T型梁, 低温, 弯曲性能, 脆性断裂, 剪切失效

Abstract:

In order to study the bending properties of three-dimensional (3-D) braided composite T-beam at low temperature so as to design low temperature resistant and bending resistant 3-D braided composite structure, the 3-D braided composite T-beam with different flange heights was fabricated by vacuum assisted resin transfer molding. The MTS 810.23 material testing system in combination with a self-developed low temperature environment testing system was adopted to test the bending properties of the 3-D braided composite T-beam at different temperatures. The results show that the failure load, displacement and energy absorption increase with the decrease of the temperature, and the bending rigidity, failure load and energy absorption increase with the increase of the flange height of the T-beam. The displacement decreases with the increase of the flange height. The failure behavior of 3-D braided composite T-beam changes from yield fracture at high temperature to brittle fracture at low temperature. The failure mode changes from bending failure to shear failure with the increase of height of flange height.

Key words: three-dimensional braided composite, T-beam, low temperature, bending property, brittle fracture, shear failure

中图分类号: 

  • TB332

图1

三维编织复合材料T型梁预成型体编织过程"

图2

三维编织复合材料T型梁预成型体"

图3

不同筋高高度三维编织复合材料T型梁"

图4

低温场准静态弯曲加载测试系统"

图5

三维编织复合材料T型梁不同测试温度下载荷-位移曲线"

表1

三维编织复合材料T型梁低温场测试结果"

测试温
度/℃
筋高高
度/mm
最大载
荷/N
失效位
移/mm
吸收能
量/J
20 0 1 337 ± 61 6.07 ± 0.23 3.38 ± 0.16
20 5 3 411 ± 145 4.77 ± 0.19 6.63 ± 0.28
20 10 5 153 ± 218 3.35 ± 0.14 8.92 ± 0.37
-20 0 1 536 ± 69 6.19 ± 0.25 3.95 ± 0.18
-20 5 3 589 ± 155 4.99 ± 0.21 8.22 ± 0.36
-20 10 5 438 ± 224 3.32 ± 0.12 9.64 ± 0.41
-50 0 1 703 ± 77 6.30 ± 0.24 4.66 ± 0.21
-50 5 3 912 ± 162 5.04 ± 0.19 7.96 ± 0.33
-50 10 5 747 ± 238 3.42 ± 0.14 10.74 ± 0.44
-80 0 1 904 ± 85 6.42 ± 0.26 5.31 ± 0.24
-80 5 4 134 ± 183 5.17 ± 0.18 9.01 ± 0.38
-80 10 6 302 ± 276 3.46 ± 0.13 11.14 ± 0.42

图6

温度和筋高高度对三维编织复合材料T型梁弯曲性能影响"

图7

不同筋高高度三维编织复合材料T型梁在-80 ℃时的弯曲破坏形态"

图8

10 mm筋高高度三维编织复合材料T型梁在不同低温下的弯曲破坏形态"

[1] MUNGALOV D, BOGDANOVICH A. Complex shape 3D braided composites preforms: structural shapes for marine and aerospace[J]. Sampe Journal, 2004,40(3):7-21.
[2] 陈光伟, 陈利, 李嘉禄, 等. 三维多向编织复合材料T型梁抗弯应力分析[J]. 纺织学报, 2009,30(8):54-58.
CHEN Guangwei, CHEN Li, LI Jialu, et al. Study on flexural stress of T beam of 3-D multidirectional braided composites[J]. Journal of Textile Research, 2009,30(8):54-58.
[3] 张中伟, 严静, 孙宝忠, 等. 三维编织复合材料矩形梁与T型梁准静态弯曲实验及有限元分析[J]. 东华大学学报(自然科学版), 2014,40(5):522-526,36.
ZHANG Zhongwei, YAN Jing, SUN Baozhong, et al. Quasi-Static bending testing and finite element simulation of 3D braided composite rectangular beam and T-beam[J]. Journal of Donghua University(Natural Science Edition), 2014,40(5):522-526,36.
[4] 于陈陈, 瞿畅, 邓婕, 等. T形截面三维编织复合材料细观结构分析及弯曲性能预测[J]. 纺织学报, 2015,36(6):42-49.
YU Chenchen, QU Chang, DENG Jie, et al. Micro-structure analysis and bending property prediction of three-dimensional braided composites with T section[J]. Journal of Textile Research, 2015,36(6):42-49.
[5] YAN J, LIU K, ZHOU H, et al. The bending fatigue comparison between 3D braided rectangular composites and T-beam composites[J]. Fibers and Polymers, 2015,16(3):634-639.
doi: 10.1007/s12221-015-0634-4
[6] OUYANG Y, WANG H, GU B, et al. Experimental study on the bending fatigue behaviors of 3D five directional braided T-shaped composites[J]. Journal of The Textile Institute, 2018,109(5):603-613.
doi: 10.1080/00405000.2017.1361602
[7] OUYANG Y, SUN B, GU B. Finite element analyses on bending fatigue of three-dimesional five-directional braided composite T-beam with mixed unit-cell model[J]. Journal of Composite Materials, 2018,52(9):1139-1154.
doi: 10.1177/0021998317722203
[8] 欧阳屹伟, 王海楼, 顾伯洪, 等. 三维五向编织复合材料T型梁弯曲疲劳应力分布[J]. 东华大学学报(自然科学版), 2018,44(3):347-353.
OUYANG Yiwei, WANG Hailou, GU Bohong, et al. Stress distribution of 3-D five-directional braided composite T-beam under bending fatigue load[J]. Journal of Donghua University (Natural Science Edition), 2018,44(3):347-353.
[9] 王欢, 李嘉禄, 樊威. 纤维体积分数对三维编织复合材料T型梁模态性能的影响[J]. 材料工程, 2015,43(9):80-86.
WANG Huan, LI Jialu, FAN Wei. Effect of fiber volume fraction on modal properties of three-dimension braided composite T-beams[J]. Journal of Materials Engineering, 2015,43(9):80-86.
[10] ZHANG W, GU B, SUN B. Transverse impact behaviors of 3D braided composites T-beam at elevated temperatures[J]. Journal of Composite Materials, 2016,50(28):3961-3971.
[1] 封端佩, 商元元, 李俊. 三维四向和五向编织复合材料冲击断裂行为的多尺度模拟[J]. 纺织学报, 2020, 41(10): 67-73.
[2] 吴黛唯, 李红彦, 戴艳阳, 苏云, 王云仪. 加热装置在防寒服中的位置及其热效用[J]. 纺织学报, 2020, 41(06): 118-124.
[3] 梁双强, 陈革, 周其洪. 开孔三维编织复合材料的压缩性能[J]. 纺织学报, 2020, 41(05): 79-84.
[4] 张悦, 胡丹玲, 任金娜, 李青. 棉织物低温近中性一浴一步法练漂[J]. 纺织学报, 2019, 40(09): 83-90.
[5] 张帆, 张儒, 周文常, 周辉, 汪南方. 金属铜配合物催化双氧水用于棉针织物的低温漂白[J]. 纺织学报, 2019, 40(08): 101-108.
[6] 张燕南, 周伟, 商雅静, 赵文政. 三维编织复合材料拉伸微变形的测量与损伤破坏声发射监测[J]. 纺织学报, 2019, 40(08): 55-63.
[7] 陈旭, 吴炳洋, 范滢, 杨木生. 蓄热调温织物低温防护过程的数值模拟[J]. 纺织学报, 2019, 40(07): 163-168.
[8] 沈艳琴, 杨树, 武海良, 王忠梁. 浆纱用中低温水溶性淀粉浆料的研究进展[J]. 纺织学报, 2019, 40(06): 142-151.
[9] 张雪飞, 王晶晶, 吕丽华, 叶方. 锯齿形三维机织间隔复合材料的弯曲性能[J]. 纺织学报, 2019, 40(03): 65-70.
[10] 吴臣仁, 吕汪洋, 陈文兴. 铜配合物在棉针织物低温中性漂白中的应用[J]. 纺织学报, 2019, 40(01): 91-96.
[11] 严燕钫 沈艳琴 武海良 张希文 姚一军. 玄武岩长丝表面低温等离子体处理及其浆丝集束性能[J]. 纺织学报, 2018, 39(12): 24-29.
[12] 罗平艳 蒋金华 陈南梁 胡淳 崔鹏. 新型氟乙烯乙烯基醚树脂增强膜材料的制备及其力学性能[J]. 纺织学报, 2018, 39(07): 50-54.
[13] 黄益 李思琪 阮斐斐 李博 邵建中. 卟啉铁/双氧水体系在棉织物低温催化漂白中的应用[J]. 纺织学报, 2018, 39(06): 75-80.
[14] 贾树生 万振凯 杨连贺 张恒杰. 碳纳米线的拉伸应变传感特性[J]. 纺织学报, 2018, 39(03): 14-18.
[15] 曹新伟 宋秦杰 朱博 刘建立 王鸿博 高卫东. 冷水可溶性马铃薯淀粉的低温上浆性能[J]. 纺织学报, 2018, 39(03): 79-85.
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