三维编织复合材料是一种新型的复合材料,其结构合理,整体性好,异型件可一次编织成型,具有良好的综合力学性能。但三维编织复合材料在恶劣的工作环境下,外表面不可避免得会发生损伤,破坏了其优势——整体性。另外在工艺设计中,有些三维编织制件不得不进行必要的加工以形成所需要的形状,三维编织复合材料的这种损伤对它的力学性能会造成哪些影响,这是在复合材料设计上所关注的问题。本论文通过比较切割后的三维编织复合材料与未切割试件力学性能的差异,系统地研究了切边对三维编织复合材料力学性能的影响,为三维编织复合材料的设计和应用提供理论基础。 本文对两种编织角的三维编织复合材料设计了分别沿厚度和宽度方向的四种不同的切割方法,对切割前后的试件的力学性能,包括拉伸、压缩、弯曲强度和模量进行了研究分析。然后对切割前后的细观结构进行了对比,并且得出了切边后切断纱线在预制件内的长度公式。最后对材料的损伤进行了分析。 研究结果表明,三维编织复合材料随着表面编织角的增大,试件的拉伸、压缩、弯曲强度和模量随之减小。切边后的试件拉伸、压缩、弯曲的强度和模量的变化趋势仍然是随着编织角的增加而降低。在四种切边方法中,在宽度为25mm左右的时候,沿宽度方向一边切和双边切的三维编织复合材料的拉伸、弯曲强度和模量与未切割试件的基本相同,压缩强度也基本不受切边的影响,而压缩模量下降了20%左右:在厚度为4-5mm左右的时候,沿厚度方向切割的试件的力学性能包括拉伸、压缩、弯曲强度与模量受切边影响较大:沿厚度和宽度同时切割的试件的力学性能下降最大,弯曲性能甚至下降了接近60%。对切割前后三维编织复合材料的细观结构的分析表明,切割后试件力学性能下降的幅度与试件内被切割纱线连续长度有着直接的关系。例如,沿宽度双边切试件中,被切割纱线连续长度为42-68mm,它的力学性能变化不明显,而沿厚度方向切割的试件中,被切割纱线连续长度仅为11-19mm,它的力学性能有了明显的下降。造成被切割纱线连续长度不同的原因是试件的宽度和厚度不同。这表明当三维编织复合材料制件的宽度或厚度达到一定的值时,沿宽度方向或沿厚度的方向切割或损伤对其性能基本不产生影响,这对三维编织复合材料的设计、制作和降低试件制作成本是非常有利的。