针刺/缝合多尺度联锁复合材料Ⅱ型层间力学行为

作者：苏星兆; 陈小明^*; 郑宏伟; 吴凯杰; 辛世纪; 郭东升

来源：复合材料学报, 2023, 1-12.

DOI：10.13801/j.cnki.fhclxb.20230711.001

• 针刺
• 缝合
• 织物
• 复合材料
• Ⅱ型层间力学性能
• 内聚力模型

针刺/缝合多尺度联锁复合材料具有优异的层间性能，在航天热结构复合材料中得到越来越多的应用，然而，缝合工艺对于针刺复合材料双切口层间剪切(DNS)性能的影响还不清楚。以石英缎纹基布、石英斜纹半切布为原料，设计制备了三种缝合矩阵、四种缝合纤维束的石英纤维增强树脂基针刺/缝合多尺度联锁复合材料，测试并分析了复合材料的DNS性能。采用Micro-CT对织物内部结构进行表征，同时通过扫描电镜(SEM)观察试样断口形貌，阐明层间增强机制。使用内聚力模型(Cohesive Zone Model，CZM)结合Abaqus软件进一步探究针刺/缝合多尺度联锁复合材料的DNS行为，预测材料的极限破坏强度。研究结果表明：缝合工艺的引入极大地改善了复合材料的层间性能，其DNS的最大破坏载荷最大可达到32.73MPa，相比针刺复合材料提升了86.46%。针刺/缝合多尺度联锁复合材料DNS的主要破坏方式是基体开裂、纤维束的脆性断裂和拔出。同时，模拟结果和针刺/缝合多尺度联锁复合材料的DNS实验结果吻合较好，误差最大不超过8%，证明本文建立的内聚力模型能够有效预测针刺/缝合多尺度联锁复合材料的层间剪切性能。

• 单位
  天津工业大学