李居影，李瑩，王榮惠，魏化震，孔國(guó)強(qiáng)

(中國(guó)兵器工業(yè)集團(tuán)第53研究所, 山東 濟(jì)南 250031)

0 引言

目前，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管擴(kuò)散段燒蝕層主要采用高溫模壓成型的短切碳纖維增強(qiáng)酚醛復(fù)合材料。該復(fù)合材料具有耐強(qiáng)沖刷燒蝕能力較好、成型工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。但是發(fā)動(dòng)機(jī)在連續(xù)長(zhǎng)時(shí)或間歇條件下工作時(shí)，擴(kuò)散段燒蝕層易產(chǎn)生開裂、分層，甚至出現(xiàn)大面積整體脫落的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了發(fā)動(dòng)機(jī)工作的安全性能[1-3]。

2.5維編織復(fù)合材料具有高強(qiáng)度、高模量、高損傷容限、耐沖擊、抗分層和抗疲勞等綜合性能，其經(jīng)緯紗交織結(jié)構(gòu)可以明顯改善復(fù)合材料層間性能弱的缺點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注[4-7]。但是2.5維編織織物在織造過(guò)程中因經(jīng)緯紗彎曲交聯(lián)影響織物及其復(fù)合材料的力學(xué)性能[8-9]，如何設(shè)計(jì)和優(yōu)化2.5維編織織物及其復(fù)合材料的力學(xué)性能成為研究熱點(diǎn)。

董偉峰[10]針對(duì)2.5維彎聯(lián)編織復(fù)合材料，采用經(jīng)向纖維束的雙凸透鏡形，且其中心線沿正弦曲線排布的假設(shè)，建立了一種新的有限元模型，并對(duì)其彈性常數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，表明了該有限元模型的正確性。朱永新等[11]采用沿經(jīng)向切片積分的方法計(jì)算2.5維編織復(fù)合材料的宏觀經(jīng)向拉伸彈性模量，經(jīng)紗彎曲程度較小的直聯(lián)結(jié)構(gòu)和添加平直經(jīng)紗的襯經(jīng)結(jié)構(gòu)能夠有效提高2.5維編織復(fù)合材料的經(jīng)向拉伸彈性模量，并且能夠改善經(jīng)向拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線的非線性。隨著有限元計(jì)算方法的發(fā)展，Cox等[12]、Xu等[13]、Meglockton等[14]、王新峰[15]、孔春元等[16-17]用有限元方法對(duì)2.5維機(jī)織復(fù)合材料的彈性力學(xué)性能進(jìn)行了計(jì)算。

本文采用非線性多尺度材料設(shè)計(jì)與分析方法，首先輸入碳纖維性能參數(shù)、樹脂基體力學(xué)性能參數(shù)，創(chuàng)建2.5維編織復(fù)合材料的纖維和樹脂基體組成相，然后輸入編織工藝參數(shù)建立復(fù)合材料的代表性體積元(RVE)模型，并于一端固定約束，另一端施加準(zhǔn)靜態(tài)拉伸載荷，得到其經(jīng)向彈性拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其應(yīng)力、應(yīng)變分布情況。進(jìn)行彎聯(lián)結(jié)構(gòu)和直聯(lián)結(jié)構(gòu)的2.5維編織復(fù)合材料試樣制備及其拉伸性能表征試驗(yàn)，獲得兩種復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其拉伸模量等數(shù)據(jù)，并將試驗(yàn)結(jié)果與仿真計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而驗(yàn)證了非線性多尺度材料設(shè)計(jì)與分析方法的有效性。

1 RVE模型的建立

建立2.5維編織復(fù)合材料RVE模型是進(jìn)行仿真計(jì)算的基礎(chǔ)。本文以國(guó)產(chǎn)T800/6k級(jí)碳纖維制備的2.5維編織織物為增強(qiáng)體，以含硅芳炔(PSA)樹脂為基體制備的2.5維編織復(fù)合材料作為仿真計(jì)算的初始研究對(duì)象。根據(jù)國(guó)產(chǎn)T800/6k級(jí)碳纖維性能參數(shù)如密度、縱向彈性模量、橫向彈性模量、剪切模量、泊松比等，以及樹脂基體性能參數(shù)如密度、楊氏模量、泊松比等，建立2.5維編織復(fù)合材料的纖維增強(qiáng)體和樹脂基體等細(xì)觀結(jié)構(gòu)的組成相，性能參數(shù)如表1所示。

表1 2.5維編織復(fù)合材料組成相性能參數(shù)

在2.5維編織復(fù)合材料纖維增強(qiáng)體和樹脂基體等細(xì)觀結(jié)構(gòu)組成相建立的基礎(chǔ)上，按照表2所示的2.5維編織織物的工藝參數(shù)，分別構(gòu)建彎聯(lián)結(jié)構(gòu)和直聯(lián)結(jié)構(gòu)的2.5維編織復(fù)合材料RVE模型。

表2 2.5維編織織物的工藝參數(shù)

圖1和圖2分別為兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型，其中紅色紗線代表經(jīng)向纖維(經(jīng)紗)，藍(lán)色紗線代表緯向纖維(緯紗)。比較圖1和圖2可以看出：彎聯(lián)編織復(fù)合材料織物的經(jīng)紗與緯紗交織點(diǎn)較多，經(jīng)紗屈曲較大，經(jīng)紗的浮長(zhǎng)較短；直聯(lián)編織復(fù)合材料織物的經(jīng)紗與緯紗交織點(diǎn)稀疏，經(jīng)紗屈曲較小，經(jīng)紗的浮長(zhǎng)稍長(zhǎng)。

圖1 彎聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型

圖2 直聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型

分別對(duì)上述兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料的RVE模型進(jìn)行有限元網(wǎng)格的劃分，結(jié)果分別如圖3和圖4所示。

圖3 彎聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型有限元網(wǎng)格圖

圖4 直聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型有限元網(wǎng)格圖

2 RVE模型仿真計(jì)算

為得到兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的經(jīng)向拉伸彈性性能，對(duì)建立的2.5維編織復(fù)合材料RVE模型進(jìn)行仿真計(jì)算。在進(jìn)行具體的仿真計(jì)算工作前作如下假設(shè)：

1)假定樹脂基體在本次準(zhǔn)靜態(tài)拉伸工況下(RVE模型單元最大拉伸應(yīng)變?yōu)?%)，僅表現(xiàn)出彈性性能。

2)假定纖維與樹脂界面的結(jié)合完好，暫不考慮界面性能對(duì)復(fù)合材料整體性能的影響。

3)假定纖維絲束在編織過(guò)程中無(wú)任何初始損傷，無(wú)纖維絲折斷等現(xiàn)象。

基于上述假設(shè)，利用非線性多尺度材料設(shè)計(jì)與分析軟件，進(jìn)行兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的經(jīng)向拉伸彈性性能預(yù)測(cè)。

首先將2.5維編織復(fù)合材料RVE模型一端施加固定約束，另一端施加準(zhǔn)靜態(tài)拉伸載荷(拉伸應(yīng)變?cè)O(shè)為1%)，拉伸方向沿2.5維編織復(fù)合材料的經(jīng)紗方向(經(jīng)向)。通過(guò)仿真計(jì)算得到2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的平均彈性拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線及其在復(fù)合材料模型內(nèi)部的分布云圖。

圖5為仿真計(jì)算得到的彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料平均彈性拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖5中可以看出，對(duì)于彎聯(lián)結(jié)構(gòu)的2.5維編織復(fù)合材料RVE模型，當(dāng)經(jīng)向彈性拉伸應(yīng)變達(dá)到1%時(shí)，經(jīng)向彈性拉伸應(yīng)力達(dá)到了265 MPa，計(jì)算得知其經(jīng)向拉伸彈性模量為26.5 GPa.

圖5 彎聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的經(jīng)向彈性拉伸曲線

圖6為仿真計(jì)算得到的直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料平均彈性拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線。從圖6中可以看出，對(duì)于直聯(lián)結(jié)構(gòu)的2.5維編織復(fù)合材料RVE模型，當(dāng)經(jīng)向彈性拉伸應(yīng)變達(dá)到1%時(shí)，經(jīng)向彈性拉伸應(yīng)力達(dá)到了1 060 MPa，計(jì)算得知其經(jīng)向拉伸彈性模量為106 GPa.

圖6 直聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的經(jīng)向彈性拉伸曲線

圖7為仿真計(jì)算得到的彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的經(jīng)向彈性拉伸應(yīng)力分布云圖。從圖7中可知，當(dāng)彈性拉伸應(yīng)變達(dá)到1%時(shí)，RVE模型內(nèi)最大應(yīng)力達(dá)到1.51 GPa，且應(yīng)力較高點(diǎn)主要分布在經(jīng)紗伸直處，即經(jīng)紗與緯紗相交區(qū)域，緯紗及樹脂內(nèi)的應(yīng)力水平較低。圖8為仿真計(jì)算得到的彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型彈性拉伸應(yīng)變分布云圖。

圖7 彎聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的彈性拉伸應(yīng)力云圖

圖8 彎聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的彈性拉伸應(yīng)變?cè)茍D

從圖8中可知，模型的最大主應(yīng)變達(dá)到3.3%(本計(jì)算過(guò)程中暫不考慮破壞)，最大主應(yīng)變分布在經(jīng)紗傾斜處，即相鄰緯紗區(qū)域。初步預(yù)測(cè)認(rèn)為，對(duì)于彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型，當(dāng)其受到經(jīng)向拉伸應(yīng)力破壞時(shí)，拉伸破壞首先在相鄰緯紗之間出現(xiàn)。圖9為仿真計(jì)算得到的直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型彈性拉伸應(yīng)力分布云圖。

圖9 直聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的彈性拉伸應(yīng)力云圖

從圖9中可知，當(dāng)拉伸應(yīng)變達(dá)到1%時(shí)，RVE模型內(nèi)最大應(yīng)力達(dá)到3.21 GPa，且應(yīng)力在經(jīng)向紗線內(nèi)分布較為均勻。圖10為仿真計(jì)算得到的直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的彈性拉伸應(yīng)變分布云圖。

圖10 直聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的彈性拉伸應(yīng)變?cè)茍D

從圖10中可知，RVE模型的最大主應(yīng)變達(dá)到3.7%(本計(jì)算過(guò)程中暫不考慮破壞)，最大主應(yīng)變分布在經(jīng)紗彎曲最大處，即經(jīng)紗與緯紗相交區(qū)域。初步預(yù)測(cè)認(rèn)為，對(duì)于直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型，當(dāng)受到經(jīng)向拉伸應(yīng)力破壞時(shí)，拉伸破壞首先在經(jīng)紗彎曲最大處出現(xiàn)。

3 2.5維編織復(fù)合材料經(jīng)向拉伸試驗(yàn)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證上述兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型仿真預(yù)測(cè)的彈性拉伸模量及拉伸破壞形式準(zhǔn)確性，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1447—2005纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法進(jìn)行彎聯(lián)結(jié)構(gòu)和直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料試樣的經(jīng)向拉伸性能表征，計(jì)算得到了相應(yīng)復(fù)合材料的拉伸彈性模量等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并獲得了兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料試樣的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線和拉伸破壞形貌圖片。將試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而驗(yàn)證了2.5維編織復(fù)合材料RVE模型仿真方法對(duì)復(fù)合材料拉伸彈性模量和拉伸破壞形式預(yù)測(cè)方面的有效性。圖11為彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果。

圖11 彎聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由圖11仿真結(jié)果可以看出，在0～1%的拉伸應(yīng)變范圍內(nèi)，該曲線表現(xiàn)出了明顯的彈性拉伸特征。分析認(rèn)為，該彈性拉伸特征主要是由第2節(jié)設(shè)定的3個(gè)仿真計(jì)算假設(shè)決定的。由圖11試驗(yàn)結(jié)果可以看出：在0～0.4%的拉伸應(yīng)變范圍內(nèi)，該曲線表現(xiàn)出了較為明顯的彈性拉伸特征；在大于0.4%的拉伸應(yīng)變范圍，該曲線卻表現(xiàn)出了較為明顯的塑性拉伸特征。分析認(rèn)為，試驗(yàn)曲線由彈性拉伸階段向塑性拉伸階段轉(zhuǎn)變主要是由于樹脂基體與纖維的斷裂以及樹脂基體與纖維基體之間界面的逐漸破壞造成的。

通過(guò)比較圖11的仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，兩曲線在0～0.4%的彈性拉伸應(yīng)力-應(yīng)變過(guò)程中吻合度一般，當(dāng)拉伸應(yīng)變大于0.4%時(shí)，兩曲線吻合度趨好。

圖12為直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變的仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果。由圖12仿真結(jié)果可以看出，該曲線和彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料拉伸應(yīng)力-應(yīng)變計(jì)算曲線極為相似，在0～1%的拉伸應(yīng)變范圍內(nèi)，表現(xiàn)出明顯的彈性拉伸特征。由圖12試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在0～0.6%的拉伸應(yīng)變范圍內(nèi)，該曲線表現(xiàn)出明顯的彈性拉伸特征，在大于0.6%的拉伸應(yīng)變范圍，表現(xiàn)出明顯的塑性拉伸特征。

圖12 直聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線

通過(guò)比較圖12中的仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果可以看出，兩曲線在0～0.6%的彈性拉伸應(yīng)力-應(yīng)變過(guò)程中吻合度較好，當(dāng)拉伸應(yīng)變大于0.6%時(shí)，兩曲線吻合度變差。

通過(guò)比較圖11和圖12的試驗(yàn)結(jié)果可知，圖12中試驗(yàn)結(jié)果的彈性拉伸應(yīng)變范圍更大。分析認(rèn)為，這主要是因?yàn)橹甭?lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織織物中沿經(jīng)紗方向的纖維伸直度比彎聯(lián)編織織物的伸直度好，經(jīng)紗與緯紗屈曲降低，而且經(jīng)紗的浮長(zhǎng)增加，在經(jīng)向拉伸方向上對(duì)2.5維編織復(fù)合材料力學(xué)性能的貢獻(xiàn)率更高。這種較為平直的經(jīng)向纖維編織結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了復(fù)合材料中樹脂基體、纖維以及樹脂基體與纖維之間界面的斷裂破壞行為延后，相應(yīng)的曲線彈性應(yīng)變范圍增加[18-19]。

為進(jìn)一步驗(yàn)證兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料在彈性拉伸應(yīng)力-應(yīng)變過(guò)程中的吻合度差異，進(jìn)行兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料經(jīng)向拉伸彈性模量試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集，并與仿真計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。表3為兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料在彈性拉伸應(yīng)力-應(yīng)變過(guò)程中經(jīng)向拉伸彈性模量的仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果。

由表3可以看出：對(duì)于彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料，在0～0.4%彈性拉伸應(yīng)變范圍內(nèi)，其經(jīng)向拉伸彈性模量仿真計(jì)算值和試驗(yàn)測(cè)試值的CV值為16.7%，其值超過(guò)15%，結(jié)果表明，RVE模型仿真計(jì)算方法不適用于彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料經(jīng)向彈性拉伸模量預(yù)測(cè)；對(duì)于直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料，在0～0.6%彈性拉伸應(yīng)變范圍內(nèi)，其經(jīng)向拉伸彈性模量仿真計(jì)算值和試驗(yàn)測(cè)試值的CV值僅為3.1%，對(duì)比分析認(rèn)為，采用2.5維編織復(fù)合材料RVE模型仿真計(jì)算方法可以比較準(zhǔn)確地對(duì)直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料的經(jīng)向拉伸彈性模量進(jìn)行預(yù)測(cè)。

表3 2.5維編織復(fù)合材料經(jīng)向拉伸彈性模量

由表3還可以看出，直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料經(jīng)向拉伸彈性模量高于彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料，前者約為后者的3～4倍。

為進(jìn)一步驗(yàn)證RVE模型仿真計(jì)算方法對(duì)2.5維編織復(fù)合材料拉伸破壞形式預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，對(duì)兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料試樣進(jìn)行了拉伸性能測(cè)試和拉伸斷裂形貌圖像采集，并與通過(guò)仿真計(jì)算彈性拉伸應(yīng)變?cè)茍D預(yù)測(cè)的復(fù)合材料拉伸破壞形式進(jìn)行對(duì)比分析。

圖13為彎聯(lián)結(jié)構(gòu)的2.5維編織復(fù)合材料試樣的拉伸斷裂形貌照片及其對(duì)應(yīng)的相同結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型彈性拉伸應(yīng)變?cè)茍D。圖13中單向紅色箭頭表示經(jīng)向纖維方向，雙向紅色箭頭表示復(fù)合材料試樣斷口位置及斷裂方向。由圖13(a)可以看出，彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料試樣的拉伸斷面比較齊整，斷裂纖維為處于兩相鄰緯向纖維之間的經(jīng)向纖維絲束，斷裂形式為貫穿式整體斷裂，斷裂方向沿緯向纖維方向。由圖13(b)可以看出，該相同結(jié)構(gòu)復(fù)合材料RVE模型彈性拉伸應(yīng)變?cè)茍D的最大彈性主應(yīng)變分布在兩相鄰緯向纖維(藍(lán)色區(qū)域)之間(圖中的黃色區(qū)域)，即第2節(jié)預(yù)測(cè)的復(fù)合材料RVE模型的最先斷裂位置。

圖13 彎聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料的拉伸破壞及預(yù)測(cè)

通過(guò)以上對(duì)比可知，對(duì)于彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料，其經(jīng)向拉伸斷裂特性如斷裂位置、斷裂方向的試驗(yàn)結(jié)果和仿真計(jì)算預(yù)測(cè)結(jié)果非常吻合。分析認(rèn)為，采用2.5維編織復(fù)合材料RVE模型仿真計(jì)算方法能夠比較準(zhǔn)確地對(duì)彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料拉伸斷裂形式進(jìn)行預(yù)測(cè)。

圖14為直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料試樣的拉伸斷面形貌照片及其對(duì)應(yīng)的相同結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型彈性拉伸應(yīng)變?cè)茍D。圖14中單向紅色箭頭表示經(jīng)向纖維方向，雙向紅色箭頭表示復(fù)合材料試樣斷口位置及斷裂方向。由圖14(a)可以看出，直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料拉伸試樣出現(xiàn)了與經(jīng)向纖維方向呈約30°夾角的拉伸裂紋，無(wú)貫穿式拉伸斷面產(chǎn)生。由圖14(b)可以看出，直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型彈性拉伸應(yīng)變?cè)茍D的最大彈性主應(yīng)變出現(xiàn)在經(jīng)向纖維彎曲最大處(紅色區(qū)域，經(jīng)向纖維和緯向纖維相交位置)，即第2節(jié)預(yù)測(cè)的復(fù)合材料RVE模型的最先斷裂位置。通過(guò)對(duì)出現(xiàn)的經(jīng)向纖維彎曲最大處(紅色區(qū)域)進(jìn)行連線，連線方向(雙向紅色箭頭)基本與經(jīng)向纖維方向(單向紅色箭頭)呈約30°夾角。

圖14 直聯(lián)2.5維編織復(fù)合材料的拉伸破壞及預(yù)測(cè)

通過(guò)以上對(duì)比可知，對(duì)于直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料，其經(jīng)向拉伸斷裂特性如斷裂位置、斷裂方向的試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果非常吻合。分析認(rèn)為，采用2.5維編織復(fù)合材料RVE模型仿真計(jì)算能夠比較準(zhǔn)確地對(duì)直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料拉伸斷裂形式進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4 結(jié)論

本文采用非線性多尺度材料設(shè)計(jì)與分析方法，進(jìn)行了彎聯(lián)和直聯(lián)兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型的經(jīng)向拉伸彈性性能仿真計(jì)算，并對(duì)RVE模型進(jìn)行了經(jīng)向拉伸彈性模量和拉伸破壞形式的預(yù)測(cè)。同時(shí)進(jìn)行了兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料試樣的經(jīng)向拉伸性能表征，并與仿真計(jì)算的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。得出主要結(jié)論如下：

1)采用非線性多尺度材料設(shè)計(jì)與分析方法，通過(guò)2.5維編織復(fù)合材料RVE模型仿真計(jì)算，可以比較準(zhǔn)確地對(duì)直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料的經(jīng)向拉伸彈性模量進(jìn)行預(yù)測(cè)，其仿真計(jì)算值和試驗(yàn)測(cè)試值的CV值僅為3.1%；對(duì)于彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料，其仿真計(jì)算值和試驗(yàn)測(cè)試值的CV值超過(guò)了15%，表明該計(jì)算方法不適用于彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料的經(jīng)向拉伸彈性模量預(yù)測(cè)。

2)采用非線性多尺度材料設(shè)計(jì)與分析方法，通過(guò)復(fù)合材料RVE模型的彈性拉伸應(yīng)變?cè)茍D，可以比較準(zhǔn)確地對(duì)兩種結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料的拉伸斷裂形式進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3)仿真結(jié)果和試驗(yàn)測(cè)結(jié)果均表明，直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料的經(jīng)向拉伸彈性性能要遠(yuǎn)優(yōu)于彎聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料，其中直聯(lián)結(jié)構(gòu)2.5維編織復(fù)合材料經(jīng)向拉伸彈性模量約為彎聯(lián)結(jié)構(gòu)的3～4倍。