东华大学纺织复合材料动态实验室

东华大学纺织复合材料动态实验室由顾伯洪教授、孙宝忠教授等专家组建，围绕三维纺织结构复合材料动态强度问题，以冲击强度和疲劳强度为主要切入点，研究三维纺织结构复合材料多尺度细观结构与动态强度间关系，揭示三维纺织结构复合材料多尺度细观结构特征、材料动态力学性质与动态强度增韧机理，形成三维纺织结构复合材料在多尺度细观结构层面和不同环境条件下动态强度设计系列成果，应用于冲击防护、阻尼吸能和疲劳加载等纺织结构复合材料工程结构设计与制造。

★

研究成果

★

三维纺织复合材料冲击动力学研究成果

1. 三维纺织复合材料多尺度几何模型和单胞子程序库

基于纺织复合材料多尺度几何结构特征，建立三维正交机织、三维针织间隔结构、三维多重混杂针织结构复合材料单胞模型库、UMAT/VUMAT子程序库、相关程序包；完善现有单胞模型，形成商用子程序库。扩展所有种类三维纺织复合材料子程序库，用于冲击加载和疲劳加载计算。

图1 多尺度几何模型

2. 三维纺织复合材料工程结构力学性质应变率效应

研究常见三维纺织复合材料工程结构如T形梁、工字梁、圆管等在准静态和冲击加载下力学响应和失效机理，发现复合材料多尺度结构、工程结构件外形尺寸、复合材料力学性质应变率效应间协同效应。为轻质高强工程结构件设计提供系列设计原理和方法。

图2 三维编织复合材料冲击压缩载荷应变率效应

3. 三维纺织复合材料弹道侵彻动力学

在连续介质、单胞结构和细观结构结构层面，用实验测试、分析模型和数值计算三种方法研究三维机织、编织和针织复合材料弹道侵彻破坏，形成关于三维纺织结构复合材料弹道侵彻破坏系统解释，应用于飞行器、高速车辆和防护装甲设计。

图3 弹道冲击破坏过程

图4 弹道冲击局部破坏过程

4. 三维纺织复合材料冲击加载热力耦合效应

从纤维和基体热性质出发，基于纺织复合材料多尺度几何结构，发现在-150 ~ 500℃环境中复合材料在冲击/准静态加载下力学性质和破坏机理，形成三维纺织复合材料瞬态热力耦合在材料和几何结构层面上的解释。应用于在极端加载条件下纺织复合材料工程结构设计。

图5 3D5d编织复合材料在4个冲击循环下的损伤和温度演化规律

纺织复合材料热氧老化与强度降解机理研究成果

以环氧树脂浇注体、单向碳纤维/环氧树脂复合材料（UD）为对照，研究三维编织、机织碳纤维/环氧树脂复合材料在大气环境中（50~180℃）热氧老化降解和氧气-热-力交互作用机理，阐明基体降解、基体开裂、界面脱粘动态演变规律，从多尺度方面揭示原位力学、准静态、动态力学性质弱化及破坏机理，为纺织结构材料耐久性设计提供理论依据。

图6 外观变化

图7 3D编织和UD复合材料老化过程中裂纹空间分布及体积分数演变规律

纺织复合材料热力电耦合效应研究成果

基于多尺度建模理论，以二维纺织复合材料为对照，研究三维机织、编织复合材料导电性质结构相关性、电热协同作用机理、力加载下电及温度耦合响应机制，揭示三维纺织复合材料热/力/电动态交互作用机理，用于纺织复合材料健康监测及多功能应用设计。

图8 三维编织复合材料电阻-温度分布规律

纺织结构形状记忆复合材料多场耦合形变机理研究成果

采用交叉技术制备新型纺织结构增强形状记忆复合材料，结合实验和有限元分析，研究纺织结构形状记忆复合材料电热驱动变形结构效应，揭示其多场耦合变形机理，为智能纺织复合材料设计提供理论指导。

图9三维编织形状记忆聚合物复合材料形状回复过程中应变及温度演变规律

★

课题组导师介绍

01

顾伯洪教授

东华大学纺织学院教授。开创三维纺织结构复合材料冲击动力学研究方向，确立三维纺织结构复合材料力学性质应变率效应和弹道侵彻破坏研究的实验测试方法和数值研究方法，揭示三维柔性纺织结构材料和三维纺织结构复合材料弹道侵彻破坏机理，提出三维纺织结构复合材料单胞模型研究方法并编制系列化用户子程序。顾伯洪教授也是教育部新世纪优秀人才支持计划、上海市曙光学者、宝钢优秀教师奖、全国百篇优秀博士学位论文奖（导师）获得者。

02

孙宝忠教授

东华大学纺织学院教授。主要研究纺织品结构和性能、轻质结构复合材料制备及力学、纤维集合体构造及力学、材料系统的频域分析、有限元计算和模拟等。研制并具体实施三维纺织结构复合材料力学性质应变率效应测试装置和测试方法，提出在频域中研究三维纺织结构复合材料冲击破坏机理研究思路并揭示冲击破坏机理，发现不同频谱特征与复合材料损伤特征关系，系统研究三维纺织结构复合材料工程结构的冲击破坏机理和结构效应。孙宝忠教授是全国百篇优秀博士学位论文奖获得者，也是上海市晨光学者计划、上海市科技启明星及跟踪计划入选者。

03

★

张威讲师

★

东华大学纺织学院讲师，硕士生导师。主要研究三维纺织结构设计与制备、纺织复合材料多场耦合失效机理、纺织结构形状记忆复合材料制备及其多场耦合形变机理、增材制造复合材料力学等。张威博士是上海市青年科技英才扬帆计划入选者。

04

★

胡美琪讲师

★

东华大学纺织学院讲师。主要研究纺织材料结构与性能、三维编织复合材料制备、纺织结构复合材料冲击强度设计等。

注：本文图片及内容来源于实验室主页，由复合材料前沿编辑整理。

如您课题组有成果需要展示，可以联系我们免费发布。