三维整体编织技术

2016 NO.05SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术65科技资讯 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 三维编织复合材料是三维编织技术和现代复合材料技术结合的产物,是对结构和多功能复合材料的需要而发展起来的一种高新纺织技术,编织复合材料在生产工艺中应用越来越广泛。

三维编织复合材料的纤维结构为网状结构,使得材料形成一体,增加了其强度,不存在二次加工造成的损伤。

并且三维编织复合材料具备传统复合材料比强度、比模量高的特性,还具备不分层和较高的损伤容限的优点。

从一般的二维编织到三维编织的研究过程中对如何确定三维编织复合材料的力学性能,以及失效行为对工业设计尤为重要。

纤维增强复合材料的编织方法的制备始于20世纪70年代,最初的目的是为了提高其层间属性。

国内外学者对于编织复合材料的力学行为进行了细观结构力学模型、数值仿真以及工程弹性常数预测等多方面研究。

1 三维编织复合材料细观力学模型在细观结构力学模型研究方面,由于三维编织复合材料的内部结构相当复杂,很少进行全编织分析,一般取其一部分代表性体积单元作为研究对象。

V.R等[1]基于叠加原理,对单胞建立解析模型,通过理论分析对模型的3个主方向的弹性模量与泊松比的大小进行了预测,为今后的模拟提供了依据。

在实验研究方面,SR [2]通过模型基础利用实验方法预测工程弹性常数。

得到纤维倾角较小情况的三维编织复合材料的纵向、横向的弹性模量以及整体材料的强度。

Jialu Li等[3]利用实验研究割边对三维编织复合材料编织方向上拉伸、压缩以及弯曲的力学性能。

南京航空航天大学许希武等[4]基于三维五向编织复合材料的细观结构胞元。

采用细观有限元方法建立了材料宏观等效弹性性能的力学分析模型。

陈光伟等[5]针对三维多向编织复合材料结构件承载细观结构优化设计的问题,以三维编织复合材料T型梁为对象,对其抗弯性能进行模拟分析。

1 前言1.1 三维纺织品的由来随着现代科学的飞速发展，新知识、新技术的不断涌现，纺织品的应用领域越来越广泛。

在发达国家，纺织品已经形成了服用纺织品、装饰用纺织品和产业用纺织品三足鼎立的局面，产业用纺织品在现代社会生活中的作用越来越大，地位也越来越重要，航天、军事、交通运输、土木工程、医药卫生、安全防护、农业、体育和娱乐等无所不在，无处不有[1]。

产业用纺织品在用途上的多样性，决定了其在外观和形态上的多样性，它不同于传统的服用纺织品，打破了传统意义上的二维空间，服装用、装饰用纺织品一般以片状形态即由纱线编织而成的面料为消费者所使用，而产业用纺织品既可以纤维形态投入使用，也可以片状形态投入使用，还可以线、绳结构直接使用，但更多的是以三维形态投入使用，三维纺织品应运而生。

1.2 三维纺织品的种类三维纺织品的形成可以采用机织、针织和非织的方法，也可以采用二维纺织品层合的办法形成。

机织物是最古老、最成熟的一种织造技术，人们自然首先考虑采用机织的方法来生产三维织物。

近年来被人们普遍关注的三维机织物有：三维正交机织物、角联锁机织物、多层接结机织物。

角联锁机织物(角联锁组织)是多重纬(多重经)角联锁机织物简称，它是由两个系统的纱线构成重叠联锁状的交织。

当经线在织物厚度方向(Z方向)构成重叠，则纬线以一定的倾斜角在X方向与多重经进行角连锁状交织。

反之，当纬线在织物厚度方向(Z方向)构成重叠，则经线以一定的倾斜角在X方向与多重纬进行角联锁状交织。

按照构成重叠的纱线系统，可以分为多重经角度联锁和多重纬角度联锁两种。

本论文在对多重纬三维角联锁机织物进行设计与开发的基础上，通过所织得的不同层数的三维角联锁织物，探究得出三维角联锁织物的层数与形态特征等方面的关系，以及展现三维角联锁机织物的应用和发展前景。

1.3 国内外研究现状对三维织物的研究是伴随着产业纺织品的发展而产生的。

尽管产业用纺织品的历史可能与传统纺织品一样久远，都可追朔到几千年前，但与传统纺织品相比，产业用纺织品通常被看作是一个较为“年轻”的行业。

三维编织复合材料的力学性能研究摘要：近年来，随着复合材料理论体系的完善以及设计与制造技术的不断进步，三维编织复合材料的运用越来越广泛，其力学性能的研究也更加具体和深入。

本文对三维编织复合材料的力学性能进行了探讨，从概念性的内容入手，对相关研究成果进行了归纳，同时结合三维五向编织复合材料的特点，对材料的细观结构进行了讨论，同时结合单胞模型，讨论了材料的力学性能，具有一定的现实参考价值。

关键词：复合材料材料；三维编织；力学；纱线；单胞三维编织复合材料在当前直升机结构设计中占有十分重要的地位，其能够运用特有的多向纤维束空间网状结构，为直升机的设计与制造提供良好的力学性能，并且损伤容限、断裂韧性较高，消除了过往复合材料中的“层”概念，因此本文对三维编织复合材料的力学性能进行了探讨，能够为直升机结构设计提供一定的理论基础和现实参考意义。

近年来，随着复合材料理论体系的不断完善和三维编织复合材料的广泛运用，越来越多的学者在研究中提出了具有较强实际意义的模型，例如学者Chou提出的纤维交织模型、纤维倾斜模型[1]，学者Whyte提出的织物几何模型[2]，Lei提出的有限单胞模型[3]等等。

也就是说，各类学者在对三维编织复合材料进行研究的过程中，根据其特性和力学性能提出了大量假设，并且在实验中得到了印证，但仍然缺少对三维编织复合材料几何特性与交织结构等方面的深入探讨与研究。

1三维编织复合材料1.1 相关概念当前，三维编织复合材料广泛运用于各类直升机结构设计中，为该行业的发展提供了良好的支撑。

三维编织复合材料大多数采用了液体成型的工艺，在制造时进行浸胶固化，能够直接按照相应的要求，在模具的帮助下，形成结构件。

一般采用的工艺为传递模塑工艺（RTM）、树脂膜渗透工艺（RFI）以及真空辅助树脂渗透工艺（VARI）等等。

在制造复杂直升机构件方面，洛克希德·马丁公司生产的三维编织复合材料在技术上较为先进，能够有效的根据直升机的整体结构进行加强筋与进气道壳体的设计，节省了空间，提升了直升机的整体性能，并且在装配工艺上较为简便。

“四步法”三维编织底盘的发展现状及新思路郭杰赞;贺辛亥;郑占阳;邢圆圆;王俊勃【摘要】编织底盘是实现“四步法”编织工艺、完成复合材料预制件成型的重要装置.日益复杂的预制件,对底盘上编织纱线的灵活性提出了越来越高的要求.目前应用最为广泛的纵横步进编织底盘很难满足变截面等预制件的编织需求;“主动携纱器”虽然能提高编织纱线运动的灵活性,但其结构复杂难以在实际中应用;Farley和穿梭板编织机可以实现对任意编织纱线运行路径的控制,但织物外形依然受编织底盘形状的限制.针对以上问题及工程中预制件的编织需求提出了由独立运载单元组成编织底盘的思路,该运载单元拥有动力和通信控制装置,可朝任意方向移动,为编织纱线提供了最大限度的自由,可以实现不同形状预制件的编织,突破了底盘形状的限制.【期刊名称】《轻工机械》【年(卷),期】2016(034)001【总页数】6页(P97-102)【关键词】三维编织;编织底盘;结构分析;独立运载单元【作者】郭杰赞;贺辛亥;郑占阳;邢圆圆;王俊勃【作者单位】西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048;西安工程大学机电工程学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TS103.3“四步法”三维编织技术使纺织增强结构复合材料由单纤维增强、纱线增强、二维织物增强发展到立体仿形增强阶段[1]。

以这种编织工艺所成形预制件为增强结构的复合材料可避免传统层合结构复合材料的分层现象，除拥有传统复合材料固有的质量小、强度高等优势外，还具备良好的冲击韧性和更高的损伤容限以及卓越的抗烧蚀性能[2-5]。

目前，其产品已经开始代替一些传统金属材料、陶瓷材料应用于航天、航空和军工领域，并逐步向汽车、船舶、化工等领域扩展[6-7]。

编织底盘是实现“四步法”编织工艺，完成纤维束在空间内交织的重要装置之一。

碳纤维三维织物复合材料轨道车辆关键承力构件制备技术及应用-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆领域具有广阔的应用前景。

它是一种新型的轻质高强材料，具有良好的力学性能和耐久性。

本文旨在介绍碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆关键承力构件制备技术及应用方面的研究进展。

随着城市化进程的加速和人们对交通工具舒适性和安全性要求的提高，轨道交通成为了一种重要的交通方式。

轨道车辆的关键承力构件承担着车辆重量和荷载传递的重要作用，因此对于这些构件的材料选择和制备技术有着严格的要求。

在过去的几十年中，传统的金属材料一直是轨道车辆关键承力构件的首选材料。

然而，随着科技的进步，碳纤维三维织物复合材料因其优异的性能和重量比而逐渐受到关注。

碳纤维三维织物复合材料由高强度的碳纤维和环氧树脂等聚合物基体组成，具有高强度、高刚度、低密度和耐腐蚀等特点。

制备碳纤维三维织物复合材料的关键技术包括纤维预浸料制备、三维织物成型、压力固化和后续处理等环节。

这些技术的发展和应用使得碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆领域具备了广泛的应用前景。

本文将重点介绍碳纤维三维织物的特点、碳纤维三维织物复合材料的制备技术以及轨道车辆关键承力构件的设计与应用。

同时，还将对制备技术的优势与挑战进行分析，并对轨道车辆关键承力构件的性能进行评估。

最后，将展望碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆领域的应用前景。

通过本文的研究，相信碳纤维三维织物复合材料在轨道车辆领域将发挥巨大的作用，推动轨道交通的发展，提高交通运输的安全性和效率。

1.2 文章结构本文分为引言、正文和结论三个部分。

具体结构如下：1. 引言部分介绍了碳纤维三维织物复合材料轨道车辆关键承力构件制备技术及应用的背景和意义。

其中，1.1 概述部分对整个文章的主题进行了概括，简要介绍了碳纤维三维织物复合材料以及其在轨道车辆领域的应用。

1.2 文章结构部分（本段）则详细说明了整篇文章的结构框架。

三维纬编针织物编织工艺的研究及其CAD系统的开发
本文根据三维纬编针织物的编织原理和方法，建立了典型三维成形针织物的数学模型，对所开发的三维成形针织物CAD系统的结构、功能及操作做了简要介绍，并运用科学的数据分析方法，对影响三维纬编针织物质量的因素进行了全面、详尽的分析和讨论，论述了将间隔织物与成形织物的编织技术结合起来，在电脑横机上编织具有真正三维结构成形织物的工艺原理和方法。

本文总结出的一套采用高性能纤维在电脑横机上编织三维纬编针织物的工艺设计和优化方法，使成形织物的质量大幅度提高。

课题的研究对加快三维纬编针织物在产业领域的推广和应用起到了积极的作用。

三维编织预成型体的织造及三维编织复合材料细观结构研究进展韩振宇;梅海洋;付云忠;富宏亚【摘要】三维编织复合材料由于具有优异的力学性能而得到了广泛关注,这些性能的获得离不开其具有的特殊结构,本文从预成型体织造及复合材料细观结构两个方面进行综述.在织造技术方面,对当前编织方法及设备进行了介绍,并评述了近年来对编织新方法的探索以及对编织过程的研究.在细观结构方面,详述了细观结构研究由抽象到具体的发展历程,指出当前模型对于纤维束变形的表征的不足之处,并对两种先进的建模方法进行了介绍.最后指出今后的研究中可进一步建立三维编织结构的表征方法以探索新型编织结构,研究纤维束变形机理以获得更为真实的细观结构模型.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2018(046)011【总页数】12页(P25-36)【关键词】复合材料;三维编织;预成型体;细观结构【作者】韩振宇;梅海洋;付云忠;富宏亚【作者单位】哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】TH33复合材料的应用使得航空航天结构轻质化的目标得以实现，其用量已经成为航空航天结构先进性的标志之一。

为克服传统复合材料层间性能差的缺点，人们发展了三维纺织复合材料。

相对于三维机织、三维针织等纺织技术，三维编织技术由于具有复杂构件一次成型、截面可连续变化、纱线取向可设计等优点而备受关注。

三维编织复合材料首先利用三维编织技术将增强纤维编织成三维整体织物(预成型体)，再和基体进行复合，从而制成复合材料制件。

三维编织预成型体可以增强树脂、碳、陶瓷、金属等多种基体，根据基体的不同其复合方法也不尽相同，例如复合树脂基体的RTM(树脂传递模塑工艺)及复合碳和陶瓷基体的CVI(化学气相渗透工艺)。

三维编织复合材料中增强纤维具有空间交织的整体结构，因此除了具有传统复合材料高比强、高比模的优点外，还具有更好的抗冲击特性、更高的损伤容限和能量吸收率。

三维横编间隔织物的编织工艺及其性能李晓英;蒋高明;马丕波;聂小林【摘要】为开发适合不同应用领域的曲面复合材料，采用新型三维曲面间隔结构，在电脑横机上用芳纶纱编织了带有双层罗纹连接中间层的横编间隔织物，探讨了编织步骤和编织工艺。

在此基础上通过在间隔织物纬向的2个表层衬入芳纶增强纱，改进了织物的力学性能。

通过调整编织程序，开发出不同曲率的间隔织物。

在英斯特朗电子万能材料试验机上测试有增强纱和无增强纱织物的横、纵向拉伸性能，比较分析这2种织物的应力应变曲线。

结果表明，在其他条件相同时，有增强纱的三维横编间隔织物横向、纵向拉伸应力增加明显，变形较少，织物尺寸稳定。

%In order to develop curved composites, this paper designed an innovative curved three⁃dimensional (3⁃D) spacer structure. First a knitting technique of computer flat⁃knitted innovative 3⁃D spacer fabrics with double rib connection is introduced by using aramid fibers, then the aramid reinforcement yarns are integrated into two surface layers of 3⁃D spacer fabrics in the weft direction to enhance the tensile properties. By changing the weaving process, flat⁃knitted 3⁃D speacer fabrics curved in different angles( in the warp direction) were developed. Tensile tests on the universal material testing machine are carried out in the weft and warp directions of the two spacer fabrics ( with and without reinforcement yarns) , and their stress⁃strain curves are compared. The results revealed that reinforcement yarns reduced deformation, and improved tensile stress and dimensional stability of 3⁃D spacer fabrics at same experimental conditions.【期刊名称】《纺织学报》【年(卷),期】2016(037)007【总页数】5页(P66-70)【关键词】三维间隔织物;电脑横机;编织工艺;芳纶纱【作者】李晓英;蒋高明;马丕波;聂小林【作者单位】江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏无锡 214122; 广东工业大学艺术设计学院，广东广州 510090;江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏无锡 214122;江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏无锡 214122;江南大学教育部针织技术工程研究中心，江苏无锡 214122【正文语种】中文【中图分类】TS184.4三维横编间隔针织增强结构是近年来出现的一种新型结构，可通过纱线或织物层将上下2片独立的织物层连接在一起而构成。

主题：论文纤维增韧补强陶瓷复合材料的研究现状摘要：近年来陶瓷材料的强韧化问题一直受到陶瓷工作者的广泛重视，其中在陶瓷材料中引入起增韧作用的第二相制成陶瓷基复合材料就是一个非常活跃的研究领域。

本文介绍了纤维增强陶瓷基复合材料的纤维种类、陶瓷基复合材料的制备技术、应用领域等，多方面综合阐述了其国内外研究进展。

关键词：纤维；增强；陶瓷基复合材料；工艺陶瓷材料具有许多优异性能，陶瓷结构材料能耐高温、耐侵蚀、耐磨损及比重小等，陶瓷功能材料具有独特的电学性能、磁学性能、铁电压电性能等许多优良的性能，但由于脆性这一致命弱点，使得目前陶瓷材料的使用受到很大的限制。

因此，近年来陶瓷材料的强韧化问题一直受到陶瓷工作者的广泛重视，其中在陶瓷材料中引入起增韧作用的第二相制成陶瓷基复合材料就是一个非常活跃的研究领域。

1．复合材料陶瓷基体复合材料陶瓷基体分为氧化物系和非氧化物系。

氧化物基体是氧化铝陶瓷和铝硅酸盐玻璃，非氧化物基体复合材料包括碳纤维增强碳（C/C）复合材料和SiC 纤维增强的碳化硅（SiC）与氮化硅（Si3N4）系复合材料。

陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料（简称CFCC）有巨大的潜在应用，其相对密度低（仅为钛合金的1/2，镍基超合金的1/3），除了航空航天和军事工业中的耐高温用途外，还可能在陆地运输、石油化学工业、能源和环保领域获得广泛应用。

因此，美国、日本和西欧都将陶瓷纤维增强陶瓷基体复合材料（CFCC）作为21 世纪可能获得大发展新材料的重要研究开发项目。

2 纤维增强材料陶瓷材料的增韧研究一直倍受重视。

从1976 年I.W.Donald 等发现在陶瓷本体中引入第二相材料增韧开始，陶瓷增韧先后经历了粒子相变增韧、晶须补强增韧、短纤维增韧和目前连续纤维增韧等阶段。

陶瓷材料的韧性不断提高，目前连续纤维补强增韧陶瓷基复合材料（CFRCMC）的断裂韧性已经达到25MPa·m1/2 以上，这使其具有类似金属的断裂行为，不会出现灾难性损毁，从而可应用于航空和航天等高技术领域。