2.5维织物剪切预变形对其复合件力学性能的影响.pdf

哈尔滨工业大学硕士学位论文

摘要

目前，国内航空发机风扇叶片的生产技术落后于一些发达国家，主要表现

在，国内自主生产的航空发动机风扇叶片存在强度低、抗冲击性能差等问题。

在航空发动机风扇叶片生产领域，人们逐渐选择织物增强的复合材料作为生产

材料，2.5维织物增强复合材料以其优异的力学性能、变形可控性以及经济性，

2.5

在这一领域受到人们的青睐。在将维织物制备成航空发动机风扇叶片的过

程中，需要让其发生拉压、剪切、弯曲或扭转等预变形形成空间双曲面构形，

这些变形会影响其内部结构，造成其渗透率、力学性能等诸多指标发生改变。

本课题就是研究其剪切预变形行为会对这些指标产生什么样的影响。织物在发

生剪切预变形的过程中其经纱和纬纱的方向会发生改变，从而造成用其材料坐

标系难以描述剪切变形行为以及其带来的影响。此外织物在制备成风扇叶片工

作的过程中，会受到旋转平面径向和周向的外部载荷，在材料坐标系上也很难

对其进行描述。因此本文基于载荷坐标系，研究了2.5维织物剪切变形对其液

体成型复合材料力学性能的影响。

首先，对含剪切预变形2.5维织物渗透率进行了研究。本文通过渗透实验

以及数值仿真的方法，对含剪切预变形织物在载荷坐标系上的渗透率进行了测

定与数值计算。最终得到2.5维织物的渗透率与剪切预变形角度之间的关系。

0°20°

其次，本研究对液体成型工艺进行探索，分别将含和的剪切预变形

2.5

的维织物制备成复合材料。随后对得到的复合材料的力学性能进行了测定。

得到了织物增强复合材料的力学性能与剪切预变形角度之间的关系。

2.5

最终，研究了剪切预变形对维织物复合材料力学性能的影响规律。通

过仿真方法对织物增强复合材料在载荷坐标系下的模量进行了数值计算，随后

建立了2.5维织物剪切预变形角度与其增强复合材料模量之间的关系，最后，

初步建立了渗透率和模量之间的显性表达式，实现了渗透率对模量的预测。

通过以上研究，探究了剪切预变形对2.5维织物的渗透率以及其增强复合

材料力学性能的影响，建立了含剪切预变形2.5维织物渗透率与力学性能的关

系。这将为利用2.5维织物应用于航空发动机风扇叶片这一产业提供科学依据。

关键词:2.5维织物；剪切预变形；载荷坐标系；渗透率；力学性能

I

哈尔滨工业大学硕士学位论文

Abstract

Currently,theproductionprocessofdomesticaviationfanbladeslagsbehind

somedevelopedcountries,mainlymanifestedinthelowstrengthandpoorimpact

resistanceofdomesticallyproducedaviationenginefanblades.Inthefieldof

aviationenginefanbladeproduction,peopleareincreasinglychoosing

fabric-reinforcedcompositematerialsasproductionmaterials.2.5D

fabric-reinforcedcompositematerialsarefavoredinthisfieldduetotheirexcellent

mechanicalproperties,controllabledeformation,andcost-effectiveness.Inthe

processofpreparing2.5Dfabricintoaviationenginefanblades,itisnecessaryt