新型三维混杂天然纤维增强复合材料的疲劳分析

摘要整理

随着可持续工程材料需求的增长，天然纤维增强复合材料（NFRCs）的研究日益深入。然而，其结构性能特别是疲劳行为的关键方面仍认识不足，三维（3D）编织结构在天然纤维复合材料中的应用仍处于新兴阶段。本研究调查了采用正交穿厚向（OTT）3D编织结构的新型混杂天然纤维增强复合材料的拉-拉疲劳响应。该结构设计用于克服传统二维（2D）层板的固有局限性。以剑麻和库拉亚纤维为增强体，分别制备了2D和3D配置的复合材料，并在三个归一化应力水平（0.7、0.6和0.5倍极限拉伸强度UTS）下进行循环加载试验。实验结果表明，3D OTT编织结构相比2D层板显著提高了疲劳寿命和损伤容限，特别是在较高载荷水平下，这得益于穿厚向增强的改善。此外，3D试样在0.5 UTS应力水平下经历100万次循环后仍保持刚度，展现出优异的长期耐久性。失效机制分析（包括裂纹扩展、分层和损伤演化）阐明了纤维架构在控制疲劳行为中的作用。这些发现突出了3D混杂天然纤维增强复合材料作为可持续、高性能复合材料在先进工程应用中的潜力。

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