三向正交机织碳/玻璃纤维混杂复合材料的模态分析

来源 :西安工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qianxr
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
先进纺织复合材料由于可设计性强及优异的力学性能被用做大型机械系统的结构件。机械系统在使用过程中的振动会产生噪声且缩短设备的使用寿命,因此开发减振降噪复合材料是当前研究的重要课题。本文设计并制备了四种总体纤维体积含量相同但结构和纤维组分不同的复合材料(三向正交碳/玻璃纤维混杂复合材料、层合碳/玻璃纤维混杂复合材料、三向正交碳纤维复合材料、三向正交玻璃纤维复合材料),通过试验表征、有限元分析和数值计算的方法研究其模态特性。首先,采用模态实验对比研究了四种复合材料的固有振动特性和阻尼性能。结果表明,四种复合材料的固有频率依次为:三向正交碳纤维复合材料>三向正交碳/玻璃纤维混杂复合材料>层合碳/玻璃纤维混杂复合材料>三向正交玻璃纤维复合材料。在相同混杂材料下,三向正交混杂复合材料的固有频率大于层合混杂复合材料。这是因为在三向正交结构中的Z向纱将所有的纱线捆绑形成了一个三维整体结构抵抗外力,使得复合材料的整体刚度得到增强。四种复合材料的阻尼因子依次为:三向正交玻璃纤维复合材料>三向正交碳/玻璃纤维混杂复合材料>层合碳/玻璃纤维混杂复合材料>三向正交碳纤维复合材料。三向正交玻璃纤维复合材料的阻尼因子大于三向正交碳纤维复合材料是因为玻璃纤维的阻尼损耗优于碳纤维;而三向正交混杂碳/玻璃纤维复合材料大于层合碳/玻璃纤维混杂复合材料,这可能是由于在三向正交增强结构中,Z向纱可以将振动能量沿着厚度方向传播,加速了能量的耗散。其次,采用有限元分析了四种复合材料的模态性能。首先建立四种复合材料的多尺度模型,从微观纤维束复合材料到细观单胞复合材料,再到宏观均质体复合材料。通过理论分析、数值计算的方法得到四种复合材料的弹性模量。再借助有限元软件ABAQUS在Lanczos求解器中模拟分析四种复合材料的固有频率和模态振型。结果表明,固有频率的有限元计算值与实验结果的相对误差最大为17.8%。这是由于有限元建模过程中忽略了树脂的孔洞和缺陷,以及纤维与树脂界面的相互作用。此外,复合材料增强体中的纱线在织造过程中存在空间扭曲和相互挤压的情况而有限元模型认为纱线在增强体中处于理想的交织状态。最后,基于悬臂梁弯曲振动模型,得知固有频率与宏观三点弯曲模量之间存在正相关,并用该模型预测了复合材料的模量。为了验证模型的准确性,采用三点弯曲实验得到四种复合材料的弯曲模量与预测结果进行了对比分析。结果表明,实验结果与基于一阶固有频率的模型预测结果相对误差均小于8%。因此,试验模态分析技术可以作为一种无损检测的方式解析单纤维或者纤维混杂增强复合材料的弯曲模量。为预测结构复杂的三维纺织复合材料的弯曲模量提供了理论依据。
其他文献
目前全世界每年都有数以千万吨计的羊毛因为各种原因被遗弃,是数量最大的废弃蛋白质纤维资源。废弃羊毛对地球所造成的负担很大,会造成很多环境问题,但这些废弃羊毛拥有和普通羊毛相似的性能,完全可以再利用。因此,本课题以废弃羊毛为主要原料研制可降解的包装材料,对废弃羊毛纤维悬浮液的分散性和悬浮液分散表征方法进行了研究,得出了废弃羊毛纤维悬浮液分散的最佳工艺参数;对废弃羊毛湿法非织造包装材料的产品方案进行研究
在带材生产加工中,提高带材外观质量最重要的生产工艺是板材清洗,板材清洗过程中最主要的工具是挤干辊,我国目前使用的挤干辊材料一般是橡胶或金属,但这种材质的挤干辊因其本身缺少孔隙和不吸水的缺陷会导致挤干效果大打折扣。因此,国外发明了一种特殊材质的辊子—无纺布辊,其最大的特点是挤干效果好、寿命长、拆换方便等。国内有关挤干辊的研究更侧重于辊子的结构方面,本课题主要对无纺布辊用非织造材料进行研究。本课题的目
高硅氧玻璃纤维已广泛应用于航天器防热烧蚀材料、耐高温绝热体等方面,应用前景广阔。二元钠硅酸盐玻璃纤维生产高硅氧玻璃纤维纱,具有生产成本低、环境污染小等优点。但二元钠硅酸盐玻璃纤维化学稳定性极差,易受环境介质侵蚀,难以保存,原丝在空气中拉伸断裂强力会快速损失,纤维间相互粘结,无法进行退并、织造。目前的浸润剂不能有效保护二元钠硅酸盐玻璃纤维性能。本课题旨在研制一种能有效保护二元钠硅酸盐玻璃纤维生产、力
碳/碳(C/C)复合材料由碳纤维增强体和热解碳基体组成,C/C复合材料在服役过程中,界面脱粘导致的崩块、崩裂现象频发,异性构件性能和尺寸的不稳定性等,针对目前C/C复合材料在苛刻服役条件下的损伤演化问题,本研究将界面设计引入到碳纤维预制体增强的C/C复合材料中以提高复合材料力学性能。本文采用化学接枝法,将氧化石墨烯(GO)界面接枝在官能团修饰的碳纤维上,利用GO较高的比表面积和丰富的官能团构建纳米
碳/碳(Carbon/carbon,C/C)复合材料在服役过程中,崩裂、崩块、界面脱粘现象频发,严重制约了其在空天领域的深度应用。分析认为,C/C复合材料应力承载达到碳基体应力极限时,碳基体首先发生崩裂,产生破坏性裂纹并迅速传导至碳纤维(Carbon Fiber,CF)造成CF损伤,导致材料突发性失效。究其原因:一是碳基体缺乏亚微米、纳米尺度上的增强;二是碳纤维/基体界面结合状态不利于破坏性裂纹在
学位
玄武岩纤维增强复合材料因其具有成本低、较高的机械性能以及良好的耐热性能等优点,广泛应用在汽车、航空、船舶和工业建筑等领域。然而,由于玄武岩纤维与树脂基体的界面粘结性能较差,导致其复合材料的整体机械性能不佳。本文采用共轭静电纺丝法将聚丙烯腈(PAN)纳米纤维包覆在玄武岩纤维表面制备了PAN/玄武岩纤维包芯纱,并织造了玄武岩纤维和包芯纱单向带及平纹织物,将其铺层与树脂进行复合固化制备了复合材料。采用纤
近年来,随着智能可穿戴设备的迅速发展,与纺织品相结合所形成的智能可穿戴纺织品已被广泛的应用于监测人体的各种生理或病理信号,同时对于柔性能量转换设备以及本身能否满足穿戴者的舒适性与耐久性等提出更高的要求。聚偏氟乙烯(PVDF)作为一种半结晶型的压电聚合物材料,能够将机械能转化为电能,且与其他传统的压电材料相比具有质轻、柔软、频率响应范围宽、灵敏度高和易于加工等优点,被认为是智能可穿戴纺织品中优异的电
绿色纺织复合材料因其优越的力学性能、低密度和可降解性在航空航天、汽车等先进技术领域取得了普遍应用。目前,常采用熔融法进行苎麻纤维增强聚乳酸复合材料的制备,但该方法会在混合过程使苎麻纤维内部受损,降低材料的力学性能,从而制约苎麻纤维增强聚乳酸复合材料的应用。本文采用二维编织技术和三向正交机织技术制备了高力学性能的苎麻织物增强聚乳酸复合材料,研究了苎麻股线/单纱捻度比、固化工艺、苎麻纤维含量及孔隙率对
碳/玻璃纤维树脂基复合材料不仅能够使两种纤维的力学性能优势互补,而且可以通过合理排布碳纤维与玻璃纤维的比例减少雷达波的反射,被作为一种结构-隐身一体化材料用于隐形战机上,而热氧环境导致的树脂基体性能和界面性能的下降会影响战机的使用寿命。本文旨在研究三向正交机织预制件和层合叠层两种不同增强体结构增强的碳/玻璃纤维双马复合材料在200℃和250℃下老化不同时间的性能变化规律及机理。热氧老化对三向正交碳