方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的能量吸收特征.pdf

２０１６年第１期玻璃钢／复合材料５１方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的能量吸收特征许晶，马岩，阳玉球¨（１．东华大学，上海２０１６２０；２．京都工艺纤维大学，京都６０６．０９６２；３．面料技术教育部重点实验室，上海２０１６２０）摘要：复合材料因其轻质、机械性能好及能量吸收性能高而广受关注。研究表明圆形截面复合材料管件物能量吸收性能优于方形截面的管件物，故目前复合材料管件研究对象高度集中在圆形截面，而对实用价值非常高的方形截面复合材料管件物的研究比较少见。从编织角以及编织方式方面着手，对方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的压缩特征以及能量吸收性能进行了探索性研究，分析了不同编织角的二维（２Ｄ）以及三维（３Ｄ）结构复合材料管在破坏过程中伴随的微观破坏，并讨论了其破坏机理的差异性。关键词：能量吸收；复合材料管件物；方形截面；三维结构；编织角；玻璃纤维—中图分类号：ＴＢ３３２文献标识码：Ａ文章编号：１００３－０９９９（２０１６）０卜００５１０７１引言近年来，因交通事故频发及交通伤亡人数的不断攀升，人们对车辆安全性的诉求愈加明显。不仅如此，汽车尾气环境污染问题也Ｆｔ益引起广泛关注。汽车产业对高效、环保和安全汽车的诉求越来越强烈。复合材料具有质轻、易成型、高强高模、耐冲击等特点，在汽车轻量化和能量吸收方面达到甚至超过了轻质合金、工程塑料等。其应用不仅能够实现汽车轻量化，提高其燃料利用率，而且安全性更高＿ｌｌ２Ｊ。纤维增强复合材料（ＦＲＰｓ）可应用于汽车的覆盖件、结构件和功能件。已有研究表明ＦＲＰｓ可用于汽车领域作为能量吸收部件，马岩设计了两种不同结构的ＦＲＰｓ能量吸收管件物，并对其能量吸收性能及机理做了系统的研究分析。ＹａｎｇＹ等设计出圆形ＦＲＰｓ管件嵌套于方形ＦＲＰｓ管件中的新型结构，并对其能量吸收性能进行测试。作为汽车能量吸收部件的ＦＲＰｓ设计的最终目标是获得破坏稳定、高能量吸收结构的部件。单向／多轴向纤维增强复合材料管件物在轴向上具有优异的压缩性能，但在厚度方向上容易出现纤维积层间的分层和破裂，这使得在轴向上排列的纤维的优势难以发挥ｊ。因此，纺织制品以增强体的形式引入复合材料中，天然或人造纤维经过机织、编织或者针织等树脂浸润过程例如树脂传递成型（ＲＴＭ）可以生产出价格相对低廉、性能非常优异的复合材料，。Ｏｋａｎｏ，Ｍ等研究了不同编织角对编织复合材料管件物能量吸收性能的影响。编织的方式不仅能够将连续的纤维编织形成各种形状的管件物，而且通过改变纤维的排列方式可设计出不同结构的编织物。在编织过程中可通过引入增强纱以增强管件物的轴向承载能力。Ｔｈｏｒｎｔｏｎ＆Ｅｄｗａｒｄｓ【。。、Ｍ帅ａｌｉｓ【和Ｋｉｎｄｅ系ａｔｅｒ等Ｌ１研究发现圆形截面复合材料管件的能量吸收性能比方形截面复合材料更加优越，约为方形截面—复合材料管的能量吸收能力的１．２２倍。这主要是由于方形截面复合材料管在四个棱角处易发生应力集中，因而极易产生初始裂纹，产生的初始裂纹决定了管件的破坏形式，从而很大程度上影响材料的能量吸收性能。然而由于方形截面的复合材料管件更容易与其他部件连接，其研究在实用性方面有更大的价值。很多研究者为了追求能量吸收的最大化选择圆形截面作为研究对象，目前对于方形截面的复合材料管的研究并不多见，ＹｕｑｉｕＹａｎｇ【１３］研究了三维编织的方形截面纯碳纤维复合材料管的能量吸收性能。本文进一步研究了二维及三维编织的方形截面纯玻璃纤维复合材料管的能量吸收性能和破坏模式。——收稿日期：２０１５０６０８基金项目：国家自然科学基金（５１３０２０３６）；高等学校博士学科点专项科研基金（２０１３００７５１２０００６）；中央高校基本科研业务费专项资—金（东华大学）（２２３２０１３Ｄ３２０）作者简介：许晶（１９９２一），女，硕士，研究方向为复合材料管件能量吸收。通讯作者：阳玉球（１９７６一），女，副教授，博士，主要从事纤维增强复合材料机械性能的研究。啦嘲黧５２方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的能量吸收特征２０１６年１月２能量吸收研究基本参数ＦＲＰｓ管件的理想压缩破坏过程会分裂成侧叶和楔形区，在楔形区下方产生明显的中央裂纹（ＣｅｎｔｒａｌＣｒａｃｋ），在弯曲的侧叶中有明显的分层（Ｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）和纤维断裂（ＦｉｂｅｒＦｒａｃｔｕｒｅ）。因此，压缩过程中的总能量吸收值的理论计算公式为：ＵＴ＝Ｕ。ｌｉｔ＋Ｕ＋ｄ。＋ｂｄ＋＋Ｕｆｒ＋Ｏｔｈｅｒｓ（１）其中，ｕ。ｍ为筒壁分裂成碎叶所吸收的能量；Ｕ为管壁中央裂纹吸收的能量；Ｕｄ为分层吸收的能量；。为管壁弯曲吸收的能量；为纤维断裂吸收的能量；为摩擦所吸收的能量。由于各种方式吸收的能量相互影响］，很难测试各类单独的能量吸收值。大量研究表明，渐进、稳定的破坏模式是获得高能量吸收性能的最基本的前提条件］。渐进稳定的破坏模式的主要特征是其载荷一压缩位移曲线初始阶段载荷值上升至峰值后无大幅度降低而保持稳“”定，出现如图６所示的稳定拖尾。目前比能量吸收值ｓ作为业界较为认可的标准已得到广泛应用，同时也成为评价汽车防撞性的重要指标。Ｅｓ为单位质量的材料所能吸收的能量值，其计算公式如式（２）所示。Ｅｓ＝总能量吸收值Ｊｏ￣Ｐｄｓｒ压缩质量ＡＬｐ（２）其中，Ｐ为载荷；Ｓ为位移；Ｓ为压缩距离；Ａ为编织管件的截面积；为编织管的压缩位移；ｐ为材料的密度。’测得的最大载荷Ｐ与平均载荷Ｐ之比称为载荷比（ＬｏａｄＲａｔｉｏ），载荷比也是考察材料能量吸收性能的重要指标，载荷比越小，材料的压缩吸能效率越高。载荷比的计算公式如公式（３）所示。ＰＬｏａｄＲａｔｉｏ＝（３）ｍｅａｎ由图１可知，实现编织管高能量吸收性能的前①②提可归结为：高水平的最大载荷；低水平的载荷比。最大载荷与纤维取向有关，载荷比则与控制裂纹的传递能力有关。Ｃ越ｌ６．Ｎｏ：ｉｌＤｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ／ｎｕｎ图１理想轴向压缩载荷．压缩位移曲线示意图—Ｆｉｇ．１Ｄｅｓｉｒａｂｌｅｌｏａｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｃｕ系ｅｏｆｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓｕｎｄｅｒａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ３实验３．１实验原料本研究选用１１５０Ｔｅｘ的玻璃纤维束（ＥＲ１１５０Ｆ一１６５ＤＷＲ，ＮｉｐｐｏｎＥｌｅｃｔｒｉｃＧｌａｓｓＣｏ．，Ｌｔｄ）为增强体，—环氧树脂Ｅｐｏｘｙ（ＸＮＲ６８０５，ＮａｇａｓｅＣｈｅｍｔｅＸＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）为基体。３．２试样管件制作３．２．１芯模本试验采用统一尺寸的圆角方形芯模制作试验管件。如图２所示，方形芯模的截面尺寸为３６ｍｍｘ２４ｍｍ，方形芯模的四个角均为半径３ｒａｍ的１／４圆过渡边。图２管件物在编织过程中所使用的圆角方形芯模界面示意图Ｆｉｇ．２ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆＣＲＯＳＳｓｅｃｔｉｏｎｏｆｍａｎｄｒｅｌｗｈｉｃｈｗａｓｕｓｅｄｉｎｂｒａｉｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓ３．２．２编织与固化本文研究二维、三维方形截面不同编织角的复合材料管件物的能量吸收性能，５种编织角（１５。、２５。、３０。、４Ｏ。和６Ｏ。）的二维结构复合材料管以及３５６方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物的能量吸收特征２０１６年１月图１１Ｔ型和Ｄ型复合材料管的编织角与比能量吸收之间的关系Ｆｉｇ．１１ＲｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｂｒａｉｄｉｎｇａｎｇｌｅａｎｄｓｐｅｃｉｆｉｃｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆＴｇｒｏｕｐａｎｄＤｇｒｏｕｐｔｕｂｅｓ随着编织角的逐步增大，主要纤维取向从轴向转为周向排列。轴向的纤维能够有效地承载轴向的载荷，但由于无周向纤维的束缚，使得纵向排列的复合材料内部裂纹比较容易在轴向上传播，且分层现象明显。周向排列纤维不能够有效地承载轴向载荷，但周向纤维可以有效地阻断和束缚轴向裂纹的发生和扩展，使得在压缩过程中，剪切力和压力的共同作用促使纤维断裂吸能。因此，本文中小编织角的Ｔ型编织管件物的轴向排列纤维能够有效地承载轴向载荷，故其最大载荷Ｐｉ大，但拥有较少的轴向纤维的束缚，裂纹在压缩方向上容易传播形成较大的中央裂纹，两侧的碎叶分别向管内和管外弯曲呈花瓣状，其平均载荷不易保持较高载荷水平致使其载荷比也较大。而大编织角复合材料管中纤维取向偏于周向，因此轴向承载能力相对降低即使得最大载荷Ｐｉ。较小，但众多周向排列的纤维能够有效地束缚裂纹的扩展，使得在破坏区更多纤维束发生断裂产生众多的碎片，从而吸收大量能量。但当编织角为３０。时，一方面由于纤维在轴向承载载荷能力降低，另一方面周向纤维还不能有效地控制中央裂纹的扩展，使得Ｔ一３Ｏ的比能量吸收性能较弱。Ｄ型复合材料管随编织角的增大，比能量吸收值有减小趋势，其中Ｄ．２５的比能量吸收值Ｅｓ明显大于Ｄ一３０和Ｄ．４０。与Ｔ型编织管相似，小编织角的纤维取向更趋向轴向，能够承受更高的轴向载荷，因此随着编织角的增大，最大载荷有减小趋势。此外，与Ｔ型编织管不同的是，？∞诋｛ｏ．：Ｄ型编织管的增强纱在管件的厚度方向穿插交织，使得三种编织角的Ｄ型编织管在压缩过程中，裂纹的扩展得到较好控制。因此，纤维的取向是影响Ｄ型编织管能量吸收性能的主要因素。５结论本文研究了方形截面玻璃纤维编织复合材料管件物，从编织角以及编织方式两方面人手，对其压缩特征以及能量吸收性能进行了探索性研究，分析了不同编织角的二维以及三维结构复合材料管在破坏过程中伴随的微观破坏，并讨论了其破坏机理的差异性。得出如下结论：（１）Ｔ型试样和Ｄ型试样在压缩破坏过程都伴随有微观断裂、破碎、轴向的裂纹扩展，其中轴向的裂纹扩展情况能有效反映破坏机理的差异性。通过观察破坏区域的剖面图得到Ｔ型试样中央裂纹较长，仅有少量的纤维发生断裂，而Ｄ型试样中央裂纹较短，伴随有大量纤维的剪切断裂，从而引发了能量吸收性能的变化。本试验结果显示Ｄ型试样的能量吸收性能优于Ｔ型试样。由于三维旋转编织机编织时编织纱在厚度方向上穿插，有效地限制了裂纹的传递从而获得更高的弯曲应力（拉伸应力以及压缩应力），使得较多的纤维断裂；（２）Ｔ型试样随编织角增大其比能量吸收值先减小后增大是轴向纤维和周向纤维共同作用的结果。轴向纤维能够有效承担轴向载荷，而周向纤维束缚纤维控制中央裂纹的扩展。三维编织ＦＲＰｓ管由于有厚度方向纤维的束缚作用，纤维束的断裂成为其实现高能量吸收的主要因素。Ｄ型试样的比能量吸收值随着编织角度的增大而减小，主要是因为有效承载的轴向纤维数量减少。参考文献［１］雷瑞，郑化安，付东升．高性能纤维增强复合材料应用的研究进—展［Ｊ］．合成纤维，２０１４，０７：３７４Ｊ０．［２］凌静，王庆明．复合材料部件在汽车轻量化中的应用［Ｊ］．现代—零部件，２０１３，０２：３４３７．［３］马岩．汽车用碳／芳纶纤维增强复合材料管件物的成型以及能量吸收机理的研究［Ｄ］．上海：东华大学，２０１４．—［４］ＹａｎｇＹ，ＷｕＸ，ＨａｍａｄａＨ．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｆｉｂｒｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓ－ｉｔｅｓｂｅａｍａｓｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｍｅｍｂｅｒｉｎｖｅｈｉｃｌｅ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ—ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ，２０１３，１８（２）：１０３１０９．［５］ＳｒｉｄｈａｒａｎＳ，ＬｉＹ．ＦＲＰＤｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎｕｎｄｅｒＬａｔｅｒａｌＩｍｐａｃｔａｎｄＩｎ－—ｐｌａｎｅＣｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ［ｃ］．Ｓｔ．Ｌｏｕｉｓ，ＭＯ：２００６，１６６３１６７０．『６］ＫｏｂａｙａｓｈｉＨ，ＮａｋａｍａＮ．ＭａｅｋａｗａＺ，ｅＬａ１．Ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎａｎｄｍｅ．２０１６年第ｌ期玻璃钢／复合材料５７ｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｒｕｓｓｊｏｉｎｔ［Ｃ］．Ａｎａｈｅｉｍ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，１：１０８９－１１０３．［７］ＫｒｅｂｓＮＥ，ＲａｂｎｅｎｆｕｅｈｒｅｒＥＷ．Ａｅｒｏｓｐａｃｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｂｒａｉｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＨｅｌｉｃｏｐｔｅｒＳｏｃｉｅｔｙ，１９８９，３４（３）：６９．７４．［８］ＯｋａｎｏＭ，ＳｕｇｉｍｏｔｏＫ，ＳａｉｔｏＨ，ｅｔａ１．ＥｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｂｒａｉｄｉｎｇａｎｇｌｅｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆａｈｙｂｒｉｄｂｒｍｄｅｄＦＲＰｔｕｂｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＤｅｓｉｇｎａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２００５，２１９（１）：５９．６６．—［９］ＯｋａｎｏＭ，ＮａｋａｉＡ，ＨａｒｎａｄａＨ．Ａｘｉａｌｃｒｕｓｈｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｒａｓｈｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓ，—２００５，１０（３）：２８７２９４．［１０］ＴｈｏｒｎｔｏｎＰＨ，ＥｄｗａｒｄｓＰＪ．Ｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓ［Ｊ］。ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，１９８２，１６（６）：５２１．５４５．［１１］ＭａｍａｌｉｓＡＧ，ＹｕａｎＹＢ．Ｖｉｅｇｅｌａ—ｂｎＧＬ．Ｃｏｌｌａｐｓｅｏｆｔｈｉｎｗａｌｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｅｃｔｉｏｎｓｓｕｂｊｅｃｔｅｄｔｏｈｉｇｈｓｐｅｅｄａｘｉａｌｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒ－—ｎａｔｉｏｎａｌｊｏｕｒｎａｌｏｆｖｅｈｉｃｌｅｄｅｓｉｇｎ，１９９２，１３（５－６）：５６４５７９．［１２］Ｋｉｎｄｅ系ａｔｅｒＣＭ．Ｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｓａｎａｓｐｅｃｔｏｆａｉｒｃｒａｆｔｓｔｒｕｃｔｕｒａ—ｌｃｒａｓｈｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ［Ｍ］．Ｓｔｕｔｔｇａｒｔ，Ｇｅｒｍａｎｙ：１９９０：—６４３６５１．［１３］ＹａｎｇＹ，ｅｔａ１．Ｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆ３Ｄｂｒａｉｄｅｄ．ｔｅｘｔｉｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓｗｉｔｈｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｅｒｏｓｐａｃｅ—ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００７，ｌｌ：５３５５４５．［１４］马岩，阳玉球．圆一方异形截面复合材料管件物能量吸收机制［Ｊ］．复合材料学报，２０１４，３２（１）：２４３。２４９．［１５］ＨａｍａｄａＨ，ＲａｍａｋｒｉｓｈｎａＳ．ＳａｔｏｈＨ．Ｃｒｕｓｈｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｃａｒ－ｂｅｎｆｉｂｒｅ／ＰＥＥＫｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，１９９５，２６（１１）：—７４９７５５．［１６］ＨｕｌｌＤ．Ａｕｎｉｆｉｅｄａｐｐｒｏａｃｈｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓ［Ｊ］ｇＹ，１９９１，４０（４）：３７７・４２１．ｔｏｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅｃｒｕｓｈｉｎｇｏｆｆｉｂｒｅ－ＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏ一［１７］ＴｈｏｒｎｔｏｎＰＨ．Ｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｉｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ［Ｊ］．—ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅＭａｔｅｒｉａｌｓ，１９７９，１３（３）：２４７２６２．［１８］ＭａＹ，ＳｕｇａｈａｒａＴ，ＹａｎｇＹ，ｅｔａ１．Ａｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙ—ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅａｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎ／ａｒａｍｉｄｆｉｂｅｒｆｉｌａｍｅｎｔｗｉｎｄｉｎｇｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅ［Ｊ］．ＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，２０１５，１２３：３０１－３１１．［１９］ＦａｄｅｙＧＬ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｓｐｅｃｉｍｅｎｇｅｏｍｅｔｒｙｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｍｐｏｓｉｔｅ—Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１９８６，２０（４）：３９０４００．［２０］ＨａｍａｄａＨ，ＣｏｐｐｏｌａＪＣ，ＨｕｌｌＤ，ｅｔａ１．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｅｎｅｒｇｙａｂ・ｓｏｒｐｔｉｏｎｏｆｃａｒｂｏｎ／ｅｐｏｘｙａｎｄｃａｒｂｏｎ／ＰＥＥＫｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓ［Ｊ］．—Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，１９９２，２３（４）：２４５２５２．ⅡⅡＥＮＥＲＧＹＡＢＳｏＲＰＴＩｏＮＣＡＰＡＢＩＬＩＴＹｏＦＢＲＡＩＤＥＤＧＬＡＳＳＦＩＥＲＲＥＩＮＦｏＲＣＥＤＣｏＭＰｏＳＩＥＴＵＢＥＳＷＩＴＨＲＥＣＴＡＮＧＵＬＡＲＣＲＯＳＳＳＥＣＴＩｏＮ—’ＸＵＪｉｎｇ，ＭＡＹａｎ。，ＹＡＮＧＹｕｑｉｕ（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＴｅｘｔｉｌｅｓ，ＤｏｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ；——２．ＡｄｖａｎｃｅｄＦｉｂｒｏＳｃｉｅｎｃｅ，ＫｙｏｔｏＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｙｏｔｏ６０６０９６２，Ｊａｐａｎ；３．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＴｅｘｔｉｌｅＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｉｒｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ，ｅｘｃｅｌｌｅｎｔｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄｈｉｇｈｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｐｒｅｖｉｏｕｓｓｔｕｄｉｅｓｓｈｏｗｔｈａｔｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓｗｉｔｈｃｉｒ－ｃｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｉｓｓｕｐｅｒｉｏｒｔｏｔｈｅｔｕｂｅｓｗｉｔｈｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ．Ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ，ｍｏｓｔｏｆｃｕｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｆｏｃｕｓｅｄｏｎｔｕｂｅｓｗｉｔｈｃｉｒｃｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｌｅｉｔｉｓｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｎｅｗｉｔｈｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｃｏｕｌｄｂｅｍｏｒｅｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙｕｓｅｄｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｗｏｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（２Ｄ）ｂｒａｉｄｅｄａｎｄｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒｂｒａｉｄｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓｗｉｔｈｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ，ａｘｉａｌ—ｃｒｕｓｈｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｅｒｅｉｎｄｕｃｔｅｄｗｉｔｈｒｅｇａｒｄｔｏｂｒａｉｄｉｎｇａｎｇｌｅ，ａｎｄｍｕｌｔｉｍｉｃｒｏｆｒａｃｔｕｒｅｓｉｎｔｈｅｃｒｕｓｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙｏｐｔｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃｒｕｓｈｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｔｈｉｓｓｔｕｄｙ．Ｉｔｗａｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｃｒａｃｋ０ｆＤｔｙｐｅｔｕｂｅｓｉｓｓｈｏｒｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆＴｔｙｐｅｔｕｂｅｓ．ｗｈｉｃｈｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙｌｅａｄｔｏｈｉｇｈｅｒｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｖａｌｕｅａｓｓｈｏｗｎｉｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｎｅｒｇｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｔｕｂｅｓ；ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ；ｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）；ｂｒａｉｄｉｎｇａｎｇｌｅ；ｇｌａｓｓｆｉｂｅｒ哪嘶