层合结构复合材料构件阻尼预测和振动响应分析方法研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 8次 | 上传用户:aspiis6sql
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随着航空发动机性能要求的不断提高,特别是重量不断减轻,在依靠整体叶盘、整体叶环、空心叶片和对转涡轮等新型结构的同时,还将越来越多地依赖于高比强度、低密度、高阻尼、寿命长和耐高温能力强的先进复合材料,以提高飞机的结构性能,降低飞机的结构重量系数,提高飞机的运载效率。本文建立了复合材料层合板的宏细观阻尼预测分析模型。从细观模型出发分析了复合材料弹性模量和各向阻尼因子随纤维含量和界面参数的变化规律,在宏观模型的基础上研究了不同纤维角度、不同铺层方式和厚度的层合板的阻尼比变化,推导了多层层合板的有效刚度矩阵和有效阻尼矩阵。采用有限元法推导了不同位移模式和单元类型的单元刚度矩阵、质量矩阵和阻尼矩阵,基于MATLAB软件编程得到层合板模型的整体刚度、质量和阻尼矩阵;基于虚位移原理建立了纤维增强复合材料层合板的振动方程,采用Newmark-β数值积分法求解了几种不同结构层合板在简谐激励和脉冲激励条件下的振动响应,分析了层合板铺层角度、厚度以及阻尼对其振动响应的影响。在固支边界条件下利用模态分析法对试件进行了振动实验,得出了各试件的频率响应曲线,识别出了各试件的前三阶模态;利用激振器对层合板进行了正弦受迫响应,得出了在不同激振力幅下加速度响应幅值与激励力频率的关系。通过加速度正弦响应图,还可以分析激振力大小对各阶共振频率及共振时加速度幅值产生的影响。研究复合材料的阻尼特性和振动响应对复合材料性能以及结构优化有重要意义。通过宏细观阻尼预测可以从复合材料细观层面上阐述层合板的阻尼特性和机理,对复合材料的振动响应以及材料结构优化具有更深刻的理解和应用。
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