热环境下纤维增强复合薄板动态性能退化研究

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纤维增强复合薄板具有抗疲劳、抗振动和耐高温等优点,广泛应用于高温环境中,而其长时间工作后会导致结构功能退化,从而给整个工作部件和系统造成灾难性事故。因此,研究其性能退化及科学评价方法,有着重要的工程及学术意义。本文通过试验测试了复合薄板在不同温度和时间下的动态性能,建立了动态性能退化模型,并进行实例验证了模型的正确性,深入分析了复合薄板动态性能退化规律。论文主要内容如下:(1)搭建了复合薄板动态性能测试系统,考虑退化时间和加热温度的影响,对不同热环境下的纤维增强复合薄板动态性能进行了表征测试。提出了动刚度法,分析复合薄板的动态性能退化规律;研究发现,在恒温加热过程中,复合薄板的固有频率逐渐下降,温度越高,退化现象越严重;而在热环境变化下,复合薄板固有频率在升温、恒温阶段逐渐降低,进入降温阶段后,固有频率逐渐增大,但是阻尼比变化趋势与固有频率相反。(2)针对恒温环境下复合薄板动态性能退化问题,提出复合薄板动态弹性模量关于加热温度和退化时间的显式表达式,建立了热环境下的动态性能退化理论模型,并通过粒子群优化算法寻找不同加热温度和退化时间下的动态弹性模量,利用Matlab中拟合工具箱,详细介绍了求解函数模型中待定系数的过程,并对理论模型进行实例验证。结果表明,提出的退化模型考虑材料参数退化影响,提高了复合薄板动态特性的计算精度,达到了分析和预测恒温环境下复合薄板动态性能退化规律的目的。(3)针对热环境变化下复合薄板动态性能退化问题,将复合薄板的弹性模量、损耗因子和热膨胀系数都考虑在内,在升温、恒温和降温三个阶段,建立了它们关于温度和时间的显式表达式,通过量子粒子群优化算法和Matlab软件确定待定系数,得到了热环境变化下复合薄板动态性能退化模型,并进行了实例验证,同时分析了复合薄板在升温、恒温和降温阶段的固有频率、振动响应和阻尼比的变化规律。本文的研究进一步揭示了复合薄板在复杂高温环境下动态性能退化规律,对于热环境下长时间受到动载荷影响的复合薄板性能退化行为有着重要的预示作用,为工程实际中针对复合薄板动态性能的评价和预测提供重要的建议和选择依据。
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