2.5D机织石英纤维增强树脂复合材料不同方向力学性能测试与模量预测

王雅娜^1,2,3，曾安民⁴，陈新文^1,2,3，王翔^1,2,3

1. 中国航发北京航空材料研究院检测研究中心2. 航空材料检测与评价北京市重点实验室3. 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室4. 中航复合材料有限责任公司

摘 要：石英纤维增强树脂复合材料常用于多物理场耦合环境下,为保证足够的层间性能,常采用2.5D机织的结构形式。本文对一种浅交弯联2.5D机织石英纤维增强双马树脂复合材料的三维力学性能进行全面测试,对比分析了材料在不同方向的拉伸性能和压缩性能,以及面内、面外剪切性能。测试结果表明,该复合材料的纬向拉伸、压缩模量略高于经向,而拉伸、压缩强度远高于经向,导致经向和纬向拉、压破坏模式差异显著,拉伸时弯曲的经向纤维被拉断,平直的纬向纤维劈裂,压缩时平直的纬向纤维压断,弯曲的经向纤维屈曲。同时,该种材料具有较高的面内、面外剪切变形能力。此外,本文基于混合定律,提出了一个2.5D机织复合材料经、纬向模量估算公式。基于材料微观结构特征,以包含经纱和纬纱的一个单胞作为代表性体积单元,建立有限元模型,预测该2.5D机织复合材料经向模量,预测结果与试验结果吻合很好。本文的研究对2.5D机织石英纤维/双马树脂复合材料的研发具有一定的指导意义。

关键词：复合材料;2.5D机织;石英纤维;力学性能;试验研究;