如果控制纤维体积含量保持在不大的范围内变化时,压缩模量和压缩强度随着表面编织角的增大而减小。这可能是由于在小编织角时纤维协同承担压缩载荷的缘故。另外,三类典型的压缩破坏(松散型破坏、鼓状破坏和45°角的断裂破坏)区域如图6所示。这说明编织复合材料的破坏模式与其结构参数的关系密切。
图6 编织复合材料纵向压缩破坏的三个区域
在拉伸过程中,复合材料表面很薄的树脂层首先产生裂纹,然后裂纹逐渐增生扩散,并最终在很短的时间内产生断裂。另外,纤维束从树脂基体中拔出后仍保持圆柱状,断口处纤维束之间的树脂出现粉碎性破坏。三维编织复合材料纵向压缩破坏的断面与编织轴向大约成45°角,与铸铁的压缩破坏形式相类似。总之,在拉伸和压缩这两种变形过程当中,都会出现纤维束之间的树脂粉碎并破坏,而纤维束基本上保持着圆柱状,说明纤维束之间的基体存在着较大的变形。从两种类型的破坏应力-应变曲线图上可以看出,均存在一段或多段缓冲区域,说明破坏不是一次性发生的,具有逐“层”失效的特征。在细观上,三维编织复合材料内部的应变场表现为非均匀性。需要进一步研究局部的非均匀应变对编织复合材料性能产生的影响。
4 结 论
(1)无论破坏形式如何,编织复合材料的模量和强度主要受编织角和纤维体积含量的影响;
(2)在表面编织角一定的前提下,拉伸模量随着纤维体积含量的增加而变大;拉伸断裂应变随编织角的增加而增加;
(3)在纤维体积含量一定的情况下,编织角越大,编织复合材料的拉伸模量和压缩模量越小;
(4)编织角越小,拉伸应力-应变曲线越接近于线性;而编织角越大,其应力-应变越表现出非线性;
(5)编织复合材料的破坏模式与其结构参数的关系密切,并主要受纤维体积含量和编织角的影响;
(6)三维编织复合材料内部的应变场在细观上表现为非均匀性。
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作者简介 杨朝坤(1968.12~),四川省简阳人,博士,讲师,主要从事纺织工程、纤维增强复合材料细观力学、工艺以及成型等领域的研究. 通讯地址:新疆大学纺织系. 邮编:830008 联系电话:0991-4551443 E-mail :yck327@hotmail.com