三維編織
關注創建者：jubi8395 創建時間：2018-10-09
三維編織的視頻教程
Digimat與Abaqus聯合使用系列——三維編織復合材料建模實例概述
本課程是Digimat與Abaqus聯合使用系列課程的第四章，主要講解通過Digimat建立三維編織復合材料（纖維相+基體相）的細觀模型，隨后導入到abaqus中進行前后處理，掌握編織復合材料細觀模型分析的全流程
￥100 33分鐘 990播放
查看
Digimat復合材料建模平臺與Abaqus的聯合使用
分為以下7個章節： 1.Digimat簡單概述 2.二維混凝土（骨料相+砂漿相+纖維相）Digimat+Abaqus 3.三維混凝土（骨料相+砂漿相+纖維相）Digimat+Abaqus 4.三維編織復合材料（纖維相+基體相）Digimat+Abaqus 5三維細觀復合材料FRP（層內纖維取向相同）Digimat+Abaqus 6.三維泡沫金屬材料（孔洞+基體相）Digimat+Abaqus
￥399 6小時56分鐘 18534播放
查看
Texgen編織復合材料建模平臺與Abaqus的聯合使用
Texgen與Abaqus的聯合使用的課程（暫定）課程分為以下7個章節： 1.Texgen軟件概述 2.2.5D編織復合材料細觀模型（Single layer）建立 3.Texgen+ABAQUS——求解宏觀2.5D編織復合材料彈性常數 4.ABAQUS——復合材料層合板不同鋪層角度下宏觀沖擊及后壓縮問題 5.繩索織物模型 6.三維編織復合材料細觀模型（正交、自鎖、Layer to layer
￥399 4小時54分鐘 10195播放
查看
三維編織的實例教程
三維編織復合材料是利用紡織技術，通過編織形成干態預成形件，將干態預成形件作為增強體，采用樹脂傳遞模塑工藝（RTM）或樹脂膜滲透工藝（RFI），進行浸膠固化，直接形成復合材料結構。作為一種先進的復合材料，已成為航空、航天領域的重要結構材料, 并在汽車、船舶、建筑領域及體育用品和醫療器械等方面得到了廣泛應用。傳統復合材料經典層合板理論已無法滿足其力學性能分析，國內外學者建立了新的理論和分析方法。
三維編織復合材料是仿織復合材料之一，是由采用編織技術織造的纖維編織物（又稱三維預成形件）所增強的復合材料，其具有高的比強度、比模量、高的損傷容限和斷裂韌性、耐沖擊、抗開裂和疲勞等優異特點。三維編織復合材料作為一種先進的復合材料，倍受工程界關注，業已成為航空、航天領域的重要結構材料，并在汽車、船舶、建筑領域、體育用品和醫療器械等方面得到了廣泛應用。
三維編織復合材料的發展是因為單向或二向增強材料所制得的復合材料層間剪切強度低、抗沖擊性能差、不能用作主承力件，L.R.Sanders于1977年把三維編織技術引入工程應用中。所謂3D編織技術是通過長短纖維在空間按一定的規律排列，相互交織而獲得的三維無縫合的完整結構，使復合材料不再存在層間問題，且抗損傷能力大大提高。其工藝特點是能制造出各種規則形狀及異形實心體，并可使結構件具有多功能性，即編織多層整體構件。目前三維編織的方式大約有20多種，但常用的有4種，分別是極線編織（polar braiding）、斜線編織（diagonalbraiding or packing braiding）、正交線編織（orthogonal braiding）和繞鎖線編織（warp interlock braiding）。三維編織中又有多種型式，例如二步法三維編織、四步法三維編織、多步法三維編織。
展開 三維編織復合材料是利用紡織技術，通過編織形成干態預成形件，將干態預成形件作為增強體，采用樹脂傳遞模塑工藝（RTM）或樹脂膜滲透工藝（RFI），進行浸膠固化，直接形成復合材料結構。作為一種先進的復合材料，已成為航空、航天領域的重要結構材料, 并在汽車、船舶、建筑領域及體育用品和醫療器械等方面得到了廣泛應用。傳統復合材料經典層合板理論已無法滿足其力學性能分析，國內外學者建立了新的理論和分析方法。
三維編織復合材料是仿織復合材料之一，是由采用編織技術織造的纖維編織物（又稱三維預成形件）所增強的復合材料，其具有高的比強度、比模量、高的損傷容限和斷裂韌性、耐沖擊、抗開裂和疲勞等優異特點。三維編織復合材料作為一種先進的復合材料，倍受工程界關注，業已成為航空、航天領域的重要結構材料，并在汽車、船舶、建筑領域、體育用品和醫療器械等方面得到了廣泛應用。
三維編織復合材料的發展是因為單向或二向增強材料所制得的復合材料層間剪切強度低、抗沖擊性能差、不能用作主承力件，L.R.Sanders于1977年把三維編織技術引入工程應用中。所謂3D編織技術是通過長短纖維在空間按一定的規律排列，相互交織而獲得的三維無縫合的完整結構，使復合材料不再存在層間問題，且抗損傷能力大大提高。其工藝特點是能制造出各種規則形狀及異形實心體，并可使結構件具有多功能性，即編織多層整體構件。目前三維編織的方式大約有20多種，但常用的有4種，分別是極線編織（polar braiding）、斜線編織（diagonalbraiding or packing braiding）、正交線編織（orthogonal braiding）和繞鎖線編織（warp interlock braiding）。三維編織中又有多種型式，例如二步法三維編織、四步法三維編織、多步法三維編織。
展開 三維編織CFRP車身結構的創新應用及難點
將CFRP制成中空封閉截面結構，是這一新興輕量化材料的重要發展方向之一。目前，常見的CFRP中空封閉截面結構的預成型方法有拉擠成形法、卷管成形法、纏繞成形法、三維編織成形法等幾類。前三種方法由于工藝條件所限，存在成形結構簡單、制造周期長、產品質量穩定性較差等問題，難以滿足汽車大批量生產的要求。而三維編織成型法是一種在芯模表面上直接編織成三維結構的預成形工藝，具有結構設計性好、集成度和成形效率高等優點，可實現中空封閉截面結構一體編織成型，適用于中空梁類零部件，如頂蓋橫梁、上邊梁、門檻梁等，并已在寶馬新7系車型中成功量產應用。
由于三維編織一體成形結構設計自由度大，編織工藝復雜，編織參數繁多，不同的編織參數和原材料組合都將改變CFRP力學性能。試驗測試方法存在樣片制作和試驗周期長、費用高等問題，而目前三維編織CFRP的仿真分析方法不成熟，材料數據庫缺失，也無法采用傳統的層壓板仿真方法對CFRP進程性能分析預測。如何合理的應用仿真技術去指導開發設計，是三維編織CFRP在汽車上的應用難點和核心技術。
三維編織CFRP細觀力學性能研究
通過三維編織CFRP細觀力學性能研究，掌握三維編織CFRP力學性能預測及優化仿真方法。將三維編織CFRP單胞（形成復合材料的服從周期分布的最小重復單元，見圖1）作為研究對象，其基本構成包括四部分：兩個編織方向的編織紗束（玻纖）、軸向紗束（碳纖）以及基體（樹脂）。仿真過程中首先分別對絲束和基體進行解析模擬，然后通過加權算法將各部分的彈性數值模型進行復合，基于漸進失效準則來預測材料的強度，形成三維編織CFRP細觀力學參數化解析模型。
基于參數化解析模型對三維編織CFRP力學性能進行分析，通過材料樣片試驗結果對模型進行修正，以保證模型精度。
展開 三維編織復合材料作為一種新型的復合材料, 由于它具有整體異形性和三維預制體制造等優點和靈活的性能可設計性, 在國內外航空、航天等領域得到了廣泛的應用。近 20 年, 國內很多科研機構都對對三維編織復合材料力學性能開展了系列研究。
三維四向編織復合材料克服了傳統層合復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, 但同時面內性能有所下降。為了提高三維編織復合材料的縱向性能, 發展了三維五向編織復合材料。
三維五向編織結構是在基本的三維四向編織結構基礎上, 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構。在三維四向編織結構中, 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, 同時使材料的面內性能有所下降。而在三維五向編織結構中, 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, 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準, 需要進一步進行研究探討。下面將通過Digimat-FE對三維五向編織進行建模，通過Digimat-FE計算三維五向編織材料的工程常數，以實現通過仿真對三維五向編織材料性能的預測。
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
然后對模型進行像素網格劃分
選擇計算工程常數
最終可計算出工程常數
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性能進行表征。
展開 三維編織復合材料具有復雜的細觀結構，附件文獻對三維編織復合材料沖擊損傷生熱進行了細致的研究。他們分別建立了樹脂基體和纖維束，再進行幾何體的組裝，如下圖所示：
用這種方式建立的三維模型，建模比較復雜，網格的劃分也特別費時費力，而且很容易出現計算不收斂的情況，在此推薦另一鐘做法，直接用USDFLD定義場變量的方式，區分樹脂基體和纖維束，用這種方式建模的模型如下所示：
詳情可以參考這篇文獻：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0017931017341595?via%3Dihub。
三維編織復合材料吸濕性能有限元分析.pdf
對于某種特定材料，有許多種損傷準則可以選擇。文獻認為，在準靜態情況下溫度場與應力應變的關系為：
其中，k是熱傳導率，T是絕對溫度，C是比熱，a是熱膨脹系數，r和u是彈性常數，p是密度。
此外，在沖擊情況下溫度場與應力應變關系為：
b為材料相關的系數，對于雙酚樹脂，取值為0.25。
基于上述熱力耦合的本構模型，工作室通過聯合USDFLD和Hetval子程序，實現了考慮沖擊損傷的熱力耦合本構模型，得到的結果如下圖所示：
詳細信息參看文獻：
熱力關系文獻.pdf
最后，更多干貨歡迎關注“320科技工作室”微信公眾號。
展開 
三維編織的相關專題、標簽、搜索
三維編織的最新內容
Dong 等人通過有限元分析了三維編織 CFs增強 EP 復合材料熱導率，結果表明：三維編織可提升厚度方向的熱導率，使其高于面內方向的熱導率，熱流主要沿 CFs 軸向傳遞，復合材料的熱導率隨著溫度升高而升高。
Gou 等人用有限元分析了三維編織 CFs 體積分數和內部編織角對 EP復合材料熱導率的影響。
三維編織結構具有極好的抗撞擊分層能力，但制造成本高。纖維束2-D編織布纏繞層合結構具有制造工藝簡單、成本低、抗撞擊分層能力好的特點，是風扇包容機匣的發展方向。
3)全復合材料風扇包容機匣的纏繞規律。它是最基本和最重要的工藝參數之一。GEnx風扇包容機匣，早期采用單線纖維絲纏繞造成整體結構剛度不足，后采用人字形編織帶疊合纏繞的方式解決此問題。
4)耐高溫復合材料機匣。
其中纖維三維編織結構可有效提高葉片抗沖擊性能。
2020年1月上旬，羅·羅公司在英國布里斯托開始了名為“超級風扇”(UltraFan?)的發動機原型機制造。該發動機采用全樹脂基復合材料風扇葉片和機匣。風扇葉片由碳纖維/韌性樹脂預浸料鋪貼固化而成。葉片前緣采用與GE90風扇葉片相似的鈦合金包邊起抗腐蝕和異物沖擊作用。
圖２ 系留型多旋翼飛行器有限元模型
該旋翼飛行器各接頭采用鋁合金７０７５，支撐臂、起落架、中心架等均采用三維編織Ｔ３００碳纖維復合材料。使用的各種材料的參數如表１所示。
表1 旋翼無人飛行器所用材料的力學參數材料
邊界條件的確定
旋翼飛行器在飛行過程中處于完全自由的狀態，存在剛體運動，結構處于靜力不平衡狀態。
碳纖維編織芯材通過三維編織制成，然后使用Kevlar纖維將編織網的節點縫合到3D編織織物面板上。整個結構通過被真空袋抽真空注入環氧樹脂。在樹脂的真空灌注過程中，泡沫支撐并限定了晶格的橫截面形狀，泡沫被嵌入在里面，因此也有助于增強點陣夾芯結構的強度和抗沖擊性。
建立了考慮應變率和應力狀態耦合影響的輕質合金塑性和斷裂表征方法[31-34]；提出了多級應變率下某類高強鋼的統一塑性硬化主曲線理論，由此建立了該類材料的應變率相關塑性硬化特性表征方法[35]；與MIT合作研究發展的MMC斷裂準則預測斷裂位移的精度，比常規的彈塑性材料模型的精度提高了55%以上；揭示了應變率、溫度與應力狀態對熱塑性高分子材料屈服、流動和斷裂特性的影響規律，建立了完整的熱塑性高分子材料大變形和斷裂力學行為表征方法[36-37]；針對碳纖維三維編織復合材料
SMA線材在三維空間中交叉編織成交叉結構，實驗證明了編織方法應用于SMA人工肌肉模塊的可行性，編織方法可大幅增加人工肌肉模塊的有效應變。Wang等[35]設計了一款基于形狀記憶合金的柔性夾持器，該夾持器由3個具有可變剛度的相同手指組成，用于低剛度狀態下的自適應抓取和高剛度狀態下的有效抓取，其中SMA材料為驅動材料，形狀記憶聚合物(SMP)為可變剛度材料，如圖11(c)所示。
本課程暫定分為以下7個章節：
1.Digimat簡單概述
2.二維混凝土（骨料相+砂漿相+纖維相）
3.三維混凝土（骨料相+砂漿相+纖維相）
4.三維編織復合材料（纖維相+基體相）
5三維細觀復合材料FRP（層內纖維取向相同）
6.三維泡沫金屬材料（孔洞+基體相）
7.Abaqus細觀復合材料仿真實例
課程鏈接：
https://www.yqgqt.org.cn/college
其中纖維三維編織結構可有效提高葉片抗沖擊性能。
2020年1月上旬，羅·羅公司在英國布里斯托開始了名為“超級風扇”(UltraFan?)的發動機原型機制造。該發動機采用全樹脂基復合材料風扇葉片和機匣。風扇葉片由碳纖維/韌性樹脂預浸料鋪貼固化而成。葉片前緣采用與GE90風扇葉片相似的鈦合金包邊起抗腐蝕和異物沖擊作用。
目前，采用三維編織復合材料可以制作飛行器、汽車等上的多種不同形狀的承力梁、接頭，多種形式的耐燒蝕、高承受力的圓筒形、錐筒形的制件；還可以在人造生物組織方面發揮作用，制作人造骨、人造韌帶，以及制作接骨板等。在保證力學性能相同或提高的情況下，大大減輕這些制件的重量，從而使整個飛行器、汽車等的性能得到提高。三維編織材料的性能計算一直是編織材料設計的重要組成成分。
