3D编织复合材料整体加筋壁板结构稳定性研究结题摘要

3D编织复合材料整体加筋壁板作为一种轻质高效结构，有望在航空航天工程中得到广泛应用。研究该新材料结构稳定性是评估结构承载能力需亟待解决的重要问题之一。首先，本项目以2D编织整体加筋壁板（包括2D二轴编织1×1、2D三轴）作为切入点，采用双尺度思想，提出了基于细观胞元到宏观壁板结构的跨尺度力学建模方法，结合理论分析和数值建模，建立了轴压2D编织复合材料整体加筋结构的屈曲分析和非线性屈曲分析模型，并选用实例验证了数值建模分析方法的有效性，系统讨论了工艺参数对结构稳定性的影响规律；随即，重点针对3D多向编织复合材料整体加筋结构壁板，系统研究并建立了3D多向编织复合材料细观结构模型和力学性能预测模型；最后，基于胞元叠层结构模型，采用跨尺度力学建模方法，建立了3D编织加筋结构在典型载荷作用下的屈曲分析和非线性屈曲分析模型，系统研究了3D编织整体加筋壁板的非线性屈曲行为，并获得了材料工艺参数对结构稳定性的影响规律。研究表明：编织角和纤维体积含量对结构稳定性具有重要影响。项目研究所提出的相关方法和结果，初步揭示了典型编织复合材料加筋结构的屈曲特性和承载机制，对于新型纺织复合材料加筋结构的综合设计与分析具有重要的参考价值。 目前，依托本项目已正式在国际期刊发表SCI论文5篇，其中，含JCR二区两篇，另有2篇正准备中。同时，本项目培养研究生2名。 2100433B

3D编织复合材料整体加筋壁板作为一种新颖的轻质高效结构，具有良好的结构整体性，能克服传统层板易分层的弱点，有望提高结构损伤容限及设计许用值，以进一步减轻飞行器结构重量。研究新型整体加筋薄壁结构稳定性，是评估新结构承载能力、确保结构安全需亟待解决的关键问题之一。然而，因3D编织复合材料细观结构复杂，具有材料与结构同时成型特征，增加了将新材料应用于结构设计与分析的难度。目前，有关3D编织整体加筋壁板稳定性的研究工作还鲜有报导。本项目拟基于3D编织复合材料壁板胞元叠层结构力学模型，采用双尺度思想，提出壁板从细观材料到宏观结构的跨尺度力学建模分析方法，建立3D编织整体加筋壁板在轴压及面内剪切载荷下的的非线性屈曲分析模型，结合试验，研究3D编织整体加筋壁板的屈曲性态，阐明结构的内力分布规律及传载机制，揭示结构的非线性屈曲行为及参数影响规律，为3D编织整体加筋壁板稳定性综合优化设计与分析提供重要依据。

编织/纺织复合材料(woven fabric/textile composite)，是连续网状编织、机织、针织和缝合的纺织物增强复合材料的总称，是一种由纤维纺织预成型件浸入树脂构成的新型复合材料，包括二维编织/纺织复合材料和三维编织/纺织复合材料。编织/纺织复合材料增强体选用纤维、纱线或织物系统; 基体材料包括树脂、陶瓷与金属。

二维编织复合材料由使用经线纬线形成的二维编织物为增强体的预浸料经固化成型后得到;维编织复合材料以整体编织预成型体作为增强材料。相比于普通复合材料制件，三维编织复合材料不需要缝合和机械加工，具有较高的强度、刚度和垂直方向上较好的抗冲击性、耐烧蚀性，而且克服了传统层合板复合材料易分层、开裂敏感和损伤扩展快的缺点。三维机织物可以通过二维机织物再次织造获得，亦可直接织造。目前编织/纺织复合材料主要用于船舶工业。它在航空航天、建筑、体育民用等各个领域有着很大的应用前景。

加筋也称负弯矩筋，放置在梁的上部（支座处）、板上部（板面），是工地上一种通俗的叫法。

简介2100433B