三維機織復合材料簡介

三維機織又稱2.5D，和平面機織材料相比，它的經紗可以穿越厚度方向的其他層，上下交織，經緯互鎖。

這種結構本質上還是由經緯兩組紗構成，但是又具有了厚度方向紗線，因此稱2.5D。

這種結構的好處就是經緯互鎖，層層交聯，抗分層特性好。

層合板確實容易分層，但是成型前層層不相干，實際制造中逐層鋪貼過程可以讓樹脂和纖維充分浸潤。或者直接每層制成預浸料。這樣制造的難度就可控了。

所謂成也蕭何敗也蕭何，對于三維機織復合材料而言，一塊布就是一個結構整體，一旦紗線分布緊密，經緯鎖緊，再加上厚度大，想把樹脂注入進去和紗線融合充分就費勁了。

對于這種材料，目前常用RTM（樹脂傳遞模塑）工藝實現成型。簡單理解，就是用大號高壓針筒把樹脂壓進纖維。

對于尺寸稍大的件，為了讓樹脂能夠充分流動、均勻浸透。需要在模具上下功夫，要設計注膠、出膠孔的分布，要設計膠液流動軌道。

制造難點也是限制這類材料在大尺寸部件應用的主要原因之一。

到目前為止，三維機織材料也發展了幾十年了，國內也研究了20多年。已經發展出了各種結構變種。其中較為常見的還是彎聯和直聯結構：

（a）淺交彎聯；（b）淺交直聯

 我10年前做本科畢業設計的時候，主題就是這個淺交直聯。那個時候還是用UG做的單胞模型。

網格也是在ABAQUS中用四面體做的，材料方向是手動定義的。

用現在的眼光看，當然是做的很粗糙。

正如我們長大以后，會拼命買AD鈣奶來宴請小時候的自己，彌補一下兒時的遺憾。

我們可以把前面談到的參數化網格生成技術用到三維機織復合材料上，想做什么結構的網格就做什么結構的網格，還是網格質量更好的六面體。

三維機織復合材料參數化生成網格技術

看過前面文章的朋友應該知道，我們對于機織材料做網格，是直接跳過CAD模型這一步的。

直接根據幾何特點做網格，而不是先有CAD幾何。當然，這需要了解網格的構造原理。ABAQUS的六面體網格，只要知道構造網格的8個節點和排序規律，就可以用一行字符創建出網格。

類比到修真世界，就是口訣（代碼）+符咒（字符串）+陣法（數據排布）。

機織復合材料看似復雜、幾何參數多。但是由于周期性排布的特點，總能找到一個代表性單元。只要把握住這個代表性單元，就完成了一般的工作。

只要是經緯排布的紗線，我們總可以找到這樣一個基礎紗線軌跡（紅色線）：

然后用這個基礎軌跡，作對稱、平移等等，得到更大尺寸和更多數量的結構：

再之后就是將紗線截面沿著軌跡掃掠，邊掃掠，邊得到網格：

 

同時，根據軌跡生成材料局部坐標系：

三維機織復合材料參數化網格生成軟件

 

我們將上述方法集成到軟件中，就得到了快速創建網格的軟件：

纖維軌跡c

纖維網格

樹脂網格

效果

彎聯結構

直聯結構

嵌入式約束將樹脂和纖維耦合