五轴向立体机织物的单元体结构分析.pdf
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1、第2 8 卷第1 期 2 0 0 7 年1 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 8N o 1 J a n 2 0 0 7 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 7 ) 0 1 0 0 4 8 0 4 五轴向立体机织物的单元体结构分析 郝志坚,郭兴峰,陈庆恩 ( 天津工业大学纺织学院,天津3 0 0 1 6 0 ) 摘要分析了斜向纱的排列方式对五轴向立体机织物的结构和z 向纱密度的影响,获得了2 种类型的五轴向立 体机织物结构:一种结构稀疏,z 向纱密度小;另一种结构紧密,z 向纱密度大。以紧
2、密结构的五轴向立体织物为 研究对象,建立了该织物的单元体结构模型,采用解析几何方法,计算了z 向纱的截面形状,根据耽、耽,耽 与C O S 卢、s i n 卢的关系,z 向纱的截面形状可呈八边形、六边形和四边形等不同形状。 关键词五轴向立体机织物;单元体;结构;Z 向纱截面形状 中图分类号:T S l 0 6 6 文献标识码:A U n i t c e l ls t r u c t u r a la n a l y s i so ft h ef i v e - a x i a lt h r e e - d i m e n s i o n a lw o v e nf a b r i c H A
3、OZ h i j i a n ,G U OX i n g f e n g ,C H E NQ i n g e n ( S c h o o lo f T e x t i l e s ,T i a n j i nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y ,T i a n j i n3 0 0 1 6 0 ,C h i n a ) A b s t r a c tn ee f f e c t o fd i a g o n a la r r a n g e m e n to fy a m so nt h es t r u c t u r eo ft h ef i
4、v e a x i a lt h r e e d i m e n s i o n a l ( 3 一D ) w o v e nf a b r i ca n dt h ed e n s i t yo fy a m si nZd i r e c t i o n 慨a n a l y z e d ,a n dt w ok i n d so ff i v e a x i a l3 - D f a b r i cs t r u c t u r ew e r ea b t a i n e d O n eW a Si nl o o s es t r u c t u r ew i t hl o wd e n
5、s i t yo ft h ey a m si nZd i r e c t i o na n dt h e o t h e rw a si nc o m p a c ts t m c t u r eh a v i n gh i g hd e n s i t yo ft h ey a m si nZd i r e c t i o n B a s e do nt h ec o m p a c tf i v e a x i a l 3 一Df a b r i c t h i sp a p e rc o n s t r u c t e dt h eu n i t c e l lm o d e lf o
6、 rt h ef i v e a x i a l3 一Df a b r i c U s i n ga n a l y t i cg e o m e t r i c a l m e t h o d ,t h ec r o s s s e c t i o no ft h ey a m si nZd i r e c t i o nw a sc a l c u l a t e d A c c o r d i n gt ot h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e n W B W X ,WB | W Yw i t hC O S8 ,妇8 ,i tw a sf o
7、u n dt h a tt h ec r o s s s e c t i o ns h a p e so ft h ey a m si nZd i r e c t i o nc a n b eo c t a g o n ,h e x a g o no rq u a d r i l a t e r a l K e yw o r d s f i v e a x i a lt h r e e d i m e n s i o n a lw o v e nf a b r i c ;u n i t c e l l ;s t r u c t u r e ;c r o s s s e c t i o no f
8、y a mi nZ d i r e c t i o n 随着复合材料工业的发展,采用层间也存在纤 维连接的立体织物以。已成为高性能复合材料的发 展方向,以避免传统层合板复合材料层间强度低、抗 冲击性能差、易分层等缺点。复合材料的强度设计 常常要求在某些倾斜方向也存在纱线,但传统机织 物的经纱和纬纱成垂直状态,使复合材料的面内剪 切性能比较低。为了获得有斜向纱的立体织物,已 有文献对其织造方法进行了报道。1 ,其中,文 献 3 在片状织物的上、下表面引入斜向纱,获得 5 个方向存在纱线的立体织物,但受仅能在织物表 面织入斜向纱的限制,影响了复合材料的强度设计; 文献 4 使立体织物的里层也存在斜
9、向纱,但所能织 造的经纬纱的层数有限。 根据纱线在立体机织物中的排列方向不同,立 体机织物可分为三轴向、四轴向、五轴向等6 1 。织物 的轴向数越多,织造设备越复杂,在作者研制的一种 五轴向立体织物的织造方法中( 另文发表) ,不仅斜 向纱的位置不受限制,经纬纱的层数可达3 0 层以 上。本文首先对这种织物的结构进行理论分析,以 指导该种织物的设计。 五轴向立体机织物的结构 五轴向立体机织物是由3 个相互正交的X 、Y 、 z 方向纱和2 个倾斜的口方向纱组成,如图1 所 示。夏、y 和4 - p 方向的纱层相互平行,Z 方向纱线 收稿日期:2 0 0 6 0 2 2 0修回日期:2 0 0
10、6 0 6 0 5 作者简介:郝志坚( 1 9 6 2 一) ,男,讲师,硕士生。主要研究领域为纺织产品设计与开发。E - m a i l :h a o z h i j i a n 1 2 6 c o m 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第1 期 郝志坚等:五轴向立体机织物的单元体结构分析 。4 9 y 向纱卢向纱邯向纱 ( a ) 结构1 r 向纱卢向纱 + J B 向纱 ( b ) 结构2 工向纱 z 向纱 j 向纱 Z 向纱 图1五轴向立
11、体织物的结构 F i g 1 S t r u c t u r e1 ( a ) a n d2 ( b ) o ff i v e a x i a l 3 一Dw o v e nf a b r i c 将各层纱线固结起来形成整体织物。为了织造的方 便,一般口向纱的粗细相同。 由于复合材料常使用无捻粗纱,且要求织物有 比较大的纤维体积含量,以获得较高的强度,设纱线 y 向 ( a ) 模型 F G 的截面为其周围的纱线所限制( 围成) 的形状,因此 x 、y 和口向纱的截面均为矩形。 织物的结构、z 向纱的密度和截面形状与斜向 纱在织物中的排列位置有关,图1 ( a ) 中的2 个口 向纱的交叉点正
12、好处于一个z 向纱的位置( 图中虚 线围成的方框) ,这根z 向纱将不能存在,使织物的 z 向纱密度比同样条件下的x 、y 、z 三向正交织物 小,由于虚线方框内没有z 向纱,在织物的斜向纱 层间将形成空隙,可以预计,这种织物的纤维体积含 量小,特别是z 向纱的纤维体积含量比三向正交织 物小。但由于这种结构织物的斜向纱间隙大,引入 的斜向纱不会造成z 向纱截面形状的变化,还呈矩 形截面。 为了不降低z 向纱的密度,在三向正交立体结 构织物的基础上引入斜向纱,并使织物具有较大的 纤维体积含量。在这种结构的五轴向立体织物中 ( 如图1 ( b ) 所示) ,斜向纱在z 向纱的间隙间穿过, 斜向纱没
13、有造成z 向纱密度的减小,但受斜向纱的 作用,z 向纱的截面形状发生了变形,如图l ( b ) 中 的八边形。z 向纱的截面形状与其周围的纱线有 关,将随x 、】,和士口向纱的宽窄不同而发生变化。 2 五轴向立体织物单元体结构模型 单元体是织物中可重复的最小单元,如图1 ( b ) 中的虚线围成的区域,是研究织物结构的基础。在 纱线铺层顺序为z 、Y 、一卢和9 条件下,五轴向机织 物的单元体立体结构模型见图2 ( a ) ,图中各方向纱 线数均为1 。当纱线铺放的顺序和数量发生变化 时,单元体的结构将发生变化,但织物结构的分析方 法不变。 ( ”俯视图1( c ) 俯视图2 图2 五轴向立体
14、机织物的单元体结构模型及俯视图 F i g 2 U n i t - c e l ls t r u c t u r a lm o d e l ( a ) a n dp l a n f o r m1 ( b ) ,p l a n f o r m2 ( e ) O i lf i v e a x i a l3 - Dw o v e nf a b r i c 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 5 0 纺织学报 第2 8 卷 图2 ( b ) 为只包含x 、y
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- 轴向 立体 机织 单元 结构 分析
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