三維編織復(fù)合材料是一種整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料,是20世紀(jì)80年代隨三維整體編織技術(shù)的出現(xiàn)而產(chǎn)生的。它不但克服了傳統(tǒng)的層板復(fù)合材料分層、開裂敏感和損傷擴(kuò)展快,厚度方向強(qiáng)度低，抗沖擊損傷性能差等缺點(diǎn)，而且擁有良好的可設(shè)計(jì)性、可制作整體異型制件等優(yōu)點(diǎn)。因此，在結(jié)構(gòu)材料領(lǐng)域中受到極大關(guān)注^[1]。
    隨著三維編織復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域的逐步擴(kuò)大，實(shí)際應(yīng)用對(duì)其提出了新的問題。單一的三維編織技術(shù)往往不能滿足復(fù)雜形狀預(yù)制件一次編織成型，必須通過連接才能滿足工程設(shè)計(jì)和整體性的要求。因此連接設(shè)計(jì)在三維編織復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中也是必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。三維編織復(fù)合材料的連接包含兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是預(yù)制件的縫合連接；二是成型復(fù)合材料的膠接。到目前為止，很多學(xué)者對(duì)第二個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了研究。Kinloch^[2]研究了影響結(jié)構(gòu)膠接接頭性能的大部分因素，認(rèn)為膠接劑的應(yīng)力-應(yīng)變特性是影響接頭強(qiáng)度的最重要的材料性能。Har-tsmith^[3,4]已經(jīng)對(duì)膠接接頭，特別對(duì)先進(jìn)纖維復(fù)合材料與金屬材料的膠接接頭進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)研究。縫合技術(shù)作為一種三維編織預(yù)制件的連接方法，有效地解決了三維編織制作復(fù)雜形狀異型件存在的局限性。但對(duì)于縫合連接處的工藝設(shè)計(jì)和連接強(qiáng)度問題，國內(nèi)外相關(guān)研究資料還很少。本文主要就縫合連接技術(shù)，縫合連接形式以及縫合連接破壞模式進(jìn)行探討，以期為進(jìn)一步開發(fā)和利用縫合與三維編織相結(jié)合的異型復(fù)合材料起到積極作用。
1 三維編織技術(shù)
    三維編織技術(shù)是二維編織的拓展。它通過攜紗器精確地沿著預(yù)先確定的軌跡在平面上移動(dòng)，使許多同一方向排列的纖維相互交織構(gòu)成網(wǎng)狀的整體結(jié)構(gòu)，最后打緊交織面而形成不同形狀的預(yù)制件。二步法和四步法編織代表了該領(lǐng)域的主流。每種方法有方形編織和圓形編織兩種形式。
    四步法編織既可以只有編織紗系統(tǒng)，也可以有編織紗和軸紗兩個(gè)紗線系統(tǒng)。編織紗的攜紗器沿行向和列向交替運(yùn)動(dòng)，形成“z”字形運(yùn)動(dòng)軌跡，并沿斜向穿過內(nèi)部區(qū)域，運(yùn)動(dòng)到邊界后停頓一步后，改變運(yùn)動(dòng)方向返回到內(nèi)部區(qū)域。所有的攜紗器遍歷所有的邊界，經(jīng)過若干步后回到初始位置。軸紗均勻地加在編織紗中間，每根軸紗周圍都被編織紗交織包繞。由于紗線的一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)分為四步，故稱四步法。而二步法編織必須有編織紗和軸紗兩個(gè)紗線系統(tǒng)。在編織過程中，軸紗靜止不動(dòng)，編織紗按一定規(guī)律在軸紗間相互交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，并把軸紗綁緊形成三維編織預(yù)制件。其紗線在機(jī)器上的排列形式經(jīng)過兩個(gè)運(yùn)動(dòng)步驟后，恢復(fù)到初始狀態(tài)。