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复合材料相比于常用的金属材料具有轻质、高强度、高比模量、优异的耐腐蚀性和容伤性等优点,具有较好的发展前景。碳纤维管状复合材料种类多,成型原理复杂,然而以三维圆织法织造成型的立体管状织物作为增强体的碳纤维管状复合材料作为一种新型复合材料,比传统碳纤维复合材料机械性能更优越、内部结构更稳定、可设计性更好、性价比更高,仿形能力更强。随着纺织工程,材料工程,先进制造技术的不断发展,碳纤维管状复合材料越来越受到重视和应用,在航空航天、生物化工以及汽车工业等各领域得到广泛的应用。 本课题的主要任务是,首先利用东华大学研发的三维圆织机织造出碳纤维管状织物,并以其作为增强材料,以树脂作为复合基体制成碳纤维管状复合材料。然后,在万能试验机上对碳纤维管状复合材料进行机械性能的测试和评估。本文的主要贡献如下: (1)优化了碳纤维管状复合材料整体拉伸强度测试方法。针对现有碳纤维管状复合材料机械性能测试方法在实际试验中存在的问题,提出了改进方案,并研制了新的整体拉伸专用夹具。通过实际试验测试,验证了新测试方法和夹具的可行性和有效性,弥补了目前碳纤维管状复合材料的整体拉伸测试方法的不足。 (2)碳纤维管状复合材料试样的制备。研制了试样头部加固的方法和工具。 (3)对碳纤维管状复合材料的性能进行测试分析。分别从碳纤维管状复合材料的物理结构和机械性能进行了测试分析,并与常用金属材料性能作对比,证明了其优异性。建立了具有参考价值的圆织法制备的碳纤维管状复合材料机械性能数据表,为今后碳纤维管状复合材料的复合和运用提供了数据支持。 (4)提出了碳纤维管状复合材料成型工艺中可变径芯模的设计方案。使用可变径芯模替代刚性芯模,优化碳纤维管状织物复合工艺,避免由于刚性芯模造成增强织物的磨损和产品的质量问题。通过模拟设计方案工作,验证了方案的可行性。为今后碳纤维管状复合材料复合工艺的优化提供了理论基础,弥补了目前市场上复合材料成型工艺中可变径芯模的研究空缺。