三維編織復(fù)合材料作為一種新型的復(fù)合材料, 由于它具有整體異形性和三維預(yù)制體制造等優(yōu)點和靈活的性能可設(shè)計性, 在國內(nèi)外航空、航天等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近 20 年, 國內(nèi)很多科研機(jī)構(gòu)都對對三維編織復(fù)合材料力學(xué)性能開展了系列研究。

三維四向編織復(fù)合材料克服了傳統(tǒng)層合復(fù)合材料的分層開裂敏感、抗沖擊損傷性能差等缺點, 厚度方向強度得到了很大提高, 但同時面內(nèi)性能有所下降。為了提高三維編織復(fù)合材料的縱向性能, 發(fā)展了三維五向編織復(fù)合材料。

三維五向編織結(jié)構(gòu)是在基本的三維四向編織結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上, 在編織過程中引入沿編織成型方向不動的紗線而形成的一種新的整體編織結(jié)構(gòu)。在三維四向編織結(jié)構(gòu)中, 所有的編織紗線均與編織成型方向有一個夾角,共有四種空間傾斜方向, 部分紗線通過了材料的厚度方向, 有效提高了材料厚度方向的性能, 但是, 同時使材料的面內(nèi)性能有所下降。而在三維五向編織結(jié)構(gòu)中, 除了有四組傾斜分布的編織紗線以外, 還有一組沿材料縱向 (編織成型方向或第五向) 分布的紗線。縱向紗線幾乎處于伸直狀態(tài), 可以改善材料縱向性能。

三維四向編織、三維五向編織示意圖

三維編織材料的性能表及測試方法都未形成成熟的標(biāo)準(zhǔn), 需要進(jìn)一步進(jìn)行研究探討。下面將通過Digimat-FE對三維五向編織進(jìn)行建模，通過Digimat-FE計算三維五向編織材料的工程常數(shù)，以實現(xiàn)通過仿真對三維五向編織材料性能的預(yù)測。

首先，在Digimat-FE中定義材料屬性。分別包括基材與纖維特性

接下來定義每相特性與RVE特性，

最終就可以生成三維五向編織的RVE模型如下圖所示

然后對模型進(jìn)行像素網(wǎng)格劃分

選擇計算工程常數(shù)

最終可計算出工程常數(shù)

從上述過程可以看到，通過Digimat-FE我們可以很方便的對三維編織材料的力學(xué)性能進(jìn)行表征。