基于细观结构的径向轴纱三维五向圆形编织复合材料的刚度预测

来源：现代纺织技术杂志2024年第2期北京时间：

作者：陈波, 张昇雨, 杨兴林, 张俊苗

单位：江苏科技大学能源与动力学院，镇江 212100

摘要：在细观尺度下，根据一种径向轴纱的三维五向圆形编织纱线的空间结构，考虑纱线相互挤压后的截面形状，通过引入圆形单胞的周期性边界条件，建立了包含上、下表面子单胞以及内部单胞的三维五向圆形编织复合材料单胞模型。基于该单胞模型，采用刚度体积平均法，建立了三维五向圆形编织复合材料的刚度预测模型，对花节长度分别为0.6、0.7、0.8 mm的三维五向圆形编织复合材料进行刚度预测，并与复合材料力学刚度理论计算方法所得结果进行了对比。结果表明：3种花节的纤维体积分数分别为24.94%、23.33%、22.04%，纤维体积分数、编织角与花节长度呈负相关；单胞模型的弹性模量预测结果分别为16.42、15.63、14.83 GPa，理论计算结果分别为16.96、16.25、15.34 GPa，纵向刚度与花节长度负相关；单胞几何模型考虑了复合材料成型后纱线的相互挤压，使得单胞模型中的纤维体积含量略小于理论计算方法，造成理论计算结果略大于单胞预测结果。研究结果能够有效提高三维五向圆形编织复合材料刚度预测精度，扩展了细观单胞法的应用领域，为今后三维五向圆形编织复合材料的应用提供必要的理论依据。

关键词：三维五向编织,圆形编织,三单胞法,刚度体积平均法,复合材料,刚度预测

基金资助：江苏科技大学博士科研启动基金项目（1142931905）