摘要：3D角聯(lián)鎖機(jī)織復(fù)合材料（3D LTLIWCs）因其對(duì)復(fù)雜構(gòu)件優(yōu)異的近凈成形能力，以及在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活性和高損傷容限方面的顯著優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用于各種航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片模型中。本文通過兩種設(shè)計(jì)方法（改變交織頻率和引入填紗）制備了一種典型的和兩種新型的3D LTLIWCs，具體包括1/3斜紋（S-I）、改性緞紋（S-II）和填紗斜紋（S-III）。沿0°（經(jīng)向）和90°（緯向）方向進(jìn)行了三點(diǎn)彎曲和單軸拉伸試驗(yàn)。通過無損檢測(cè)技術(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析，揭示了試樣的損傷形貌和失效機(jī)理。結(jié)果表明，織物結(jié)構(gòu)對(duì)3D LTLIWCs的力學(xué)性能和失效機(jī)理有顯著影響。與S-I和S-II相比，S-III在0°方向的彎曲強(qiáng)度提高了17.9%–80.2%，拉伸強(qiáng)度提高了35.3%–162.8%；在90°方向的彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度分別提高了1.1%–73.3%和9.3%–50.4%。值得注意的是，S-III在0°方向的彎曲和拉伸損傷比S-I和S-II更小，樹脂和界面裂紋的擴(kuò)展范圍更小，承載紗線的剪切斷裂也更輕微。本研究可為3D機(jī)織復(fù)合材料葉片的織物結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有益參考。
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結(jié)論：3D LTLIWCs在0°和90°方向上的彎曲性能和拉伸性能呈現(xiàn)出一致的趨勢(shì)。具體而言，在0°方向上，彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度均遵循S-I < S-II < S-III的順序。與S-I和S-II相比，S-III在0°方向上的彎曲強(qiáng)度分別提高了17.9%至80.2%，拉伸強(qiáng)度分別提高了35.3%至162.8%。在90°方向上，彎曲強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度均遵循S-II < S-I < S-III的順序。與S-I和S-II相比，S-III在90°方向上的彎曲強(qiáng)度分別提高了1.1%至73.3%，拉伸強(qiáng)度分別提高了9.3%至50.4%。這些結(jié)果表明，在S-III中引入填紗顯著改善了承載纖維的平直度，增強(qiáng)了載荷分擔(dān)能力，并帶來了更優(yōu)異的整體性能。
3D LTLIWCs的三點(diǎn)彎曲破壞是壓縮應(yīng)力、拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力共同作用的結(jié)果。整體破壞過程從外部受壓面逐漸向內(nèi)部受拉面發(fā)展。在彎曲載荷作用下，3D LTLIWCs的主要破壞模式包括樹脂開裂、界面脫粘和紗線斷裂。與S-I和S-II相比，S-III在0°方向上的彎曲損傷最小，僅出現(xiàn)輕微的樹脂開裂和界面裂紋，填紗和經(jīng)紗的斷裂極少。然而，S-III在90°方向上的彎曲損傷程度比S-I和S-II更嚴(yán)重，這是由于緯紗的高平直度降低了其對(duì)層間變形的抵抗能力，導(dǎo)致受壓面附近的樹脂和界面裂紋增多，且緯紗出現(xiàn)明顯斷裂。
3D LTLIWCs的單軸拉伸破壞是拉伸應(yīng)力和剪切應(yīng)力共同作用的結(jié)果。在拉伸載荷作用下，主要破壞模式包括基體開裂、界面脫粘、紗線斷裂和分層。S-III在0°和90°方向上的拉伸損傷程度均最小，表現(xiàn)為樹脂開裂和界面脫粘極少，經(jīng)紗斷裂減少，且分層現(xiàn)象不明顯。
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