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三维缝合复合材料力学性能与失效模式的实验研究

An experimental investigation of the mechanical properties and failure mode of 3D stitched composites

LUCAS MOURA MONTENEGRO REIS, Marcelo Leite Ribeiro, Fernando Madureira, Arnaldo Carlos Morelli, Sérgio Neves Monteiro, Vera Lúcia Arantes · Universidade de São Paulo
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期刊 / 来源Journal of Materials Research and Technology
卷/期/页29 / 90-100
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关键词:三维缝合复合材料真空辅助树脂传递模塑分层韧性损伤容限失效模式力学性能

摘要整理

本研究通过实验系统地调查了三维(3D)缝合复合材料的力学行为和失效模式,并与等效二维层板进行了对比分析。三维复合材料板材采用手工缝合工艺制备,以玻纤织物为基体,芳纶纱线作为缝合增强,通过真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺与环氧树脂成型。对两类材料进行了三点弯曲、夏比冲击、双悬臂梁(DCB)和短梁剪切(SBS)等力学测试。DCB测试结果表明,缝合增强纱线的作用有效抑制了分层裂纹的扩展,显著提高了3D复合材料的断裂韧性。然而,缝合工艺引入的损伤(如纤维断裂、纤维错位、纤维波纹以及树脂富集区)导致材料的弯曲强度和剪切强度下降。研究还发现,缝合虽未显著影响冲击韧性,但能有效阻止分层快速扩展,防止灾难性失效,从而增强了材料的损伤容限性能,特别适用于航空航天应用领域。

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