發(fā)布時間：2018-01-05 22:21

  本文關(guān)鍵詞：新型輕質(zhì)復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的振動阻尼特性研究　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：作為新一代先進輕質(zhì)超強韌結(jié)構(gòu)材料,復(fù)合材料格柵和點陣夾芯結(jié)構(gòu)受到了國內(nèi)外眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前關(guān)于該類結(jié)構(gòu)材料設(shè)計制備以及相關(guān)力學(xué)性能的研究已取得了大量研究成果。然而對于該類結(jié)構(gòu)振動阻尼性能的研究則處于起步階段。研制兼具優(yōu)異力學(xué)性能和高阻尼性能的多功能復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)是當前輕質(zhì)結(jié)構(gòu)減振降噪研究的關(guān)鍵課題之一。本文基于結(jié)構(gòu)阻尼一體化技術(shù),設(shè)計并制備兼具結(jié)構(gòu)承載功能和阻尼減振功能的新型輕質(zhì)混雜復(fù)合材料點陣和波紋夾芯板殼結(jié)構(gòu),通過數(shù)值模擬、理論分析和試驗表征的方法研究其固有振動特性、阻尼耗能機理及缺陷敏感性,并將本文研究的各類混雜復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)的相關(guān)性能繪制到Lakes材料的模量-阻尼性能圖中,進一步補充和完善該性能圖,為設(shè)計新型結(jié)構(gòu)阻尼一體化結(jié)構(gòu)材料提供參考。主要包括以下內(nèi)容:首先采用模壓一次成型法制備了上下面板內(nèi)含粘彈性阻尼層的混雜復(fù)合材料點陣夾芯板結(jié)構(gòu),通過模態(tài)試驗研究其固有振動特性和阻尼性能�；谀B(tài)應(yīng)變能法,采用數(shù)值方法預(yù)報結(jié)構(gòu)的固有頻率和阻尼損耗因子,通過分析阻尼貢獻因子的變化規(guī)律揭示其阻尼耗能機理。討論了纖維鋪層角度、阻尼層厚度等因素對結(jié)構(gòu)固有振動特性的影響。結(jié)果表明,相較于復(fù)合材料點陣夾芯結(jié)構(gòu),混雜復(fù)合材料點陣夾芯結(jié)構(gòu)在不明顯改變結(jié)構(gòu)固有頻率的同時能顯著提高結(jié)構(gòu)的阻尼損耗因子,降低其共振幅值。其次將點陣平板結(jié)構(gòu)拓展到曲面結(jié)構(gòu),采用模壓二次成型法制備復(fù)合材料金字塔點陣夾芯圓柱殼結(jié)構(gòu)。采用Reissner-Mindlin一階剪切理論,數(shù)值仿真和模態(tài)試驗表征相結(jié)合的方法研究自由邊界條件下,全碳纖維,全玻璃纖維和混雜纖維三種不同纖維配置的復(fù)合材料點陣夾芯圓柱殼的固有振動阻尼特性,并揭示其阻尼耗能機理。討論了纖維鋪設(shè)角度對結(jié)構(gòu)固有頻率和阻尼損耗因子的影響。理論分析、數(shù)值計算和試驗結(jié)果良好的一致性驗證了預(yù)報模型的有效性。相較于點陣夾芯平板結(jié)構(gòu),點陣夾芯圓柱殼表現(xiàn)出明顯不同的固有振動阻尼特性和變化規(guī)律。再者考慮芯子增強方向?qū)Y(jié)構(gòu)固有振動特性的影響,通過試驗和數(shù)值方法系統(tǒng)地研究了復(fù)合材料縱向和環(huán)向波紋夾芯圓柱殼結(jié)構(gòu)的固有振動特性和阻尼性能。探討了波紋傾角,夾芯高度,芯子拓撲構(gòu)型等因素對結(jié)構(gòu)固有振動特性的影響。研究結(jié)果表明,在面板厚度和芯子相對密度相等的情況下,環(huán)向波紋夾芯圓柱殼的固有頻率和阻尼損耗因子要高于縱向波紋夾芯圓柱殼,且縱向波紋夾芯圓柱殼要比環(huán)向波紋夾芯圓柱殼對結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)的變化更敏感。參數(shù)研究的結(jié)果對該類曲面夾芯結(jié)構(gòu)的動力學(xué)性能設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。然后考慮結(jié)構(gòu)質(zhì)量的影響,采用試驗和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法系統(tǒng)地研究不同阻尼配置的混雜型復(fù)合材料點陣夾芯板結(jié)構(gòu)的振動特性和阻尼性能,綜合考慮了結(jié)構(gòu)的剛度效率,阻尼效率和綜合效率。將平板結(jié)構(gòu)拓展到曲面殼結(jié)構(gòu),進一步修正和完善Lakes材料的模量-阻尼性能圖。結(jié)果顯示,添加阻尼材料能顯著提高結(jié)構(gòu)的阻尼效率,有效抑制結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng),但是也伴隨著剛度效率不同程度的下降。在眾多的阻尼配置方案中,芯子孔穴填充聚氨酯泡沫的點陣夾芯結(jié)構(gòu)能獲得最高的綜合效率。采用局部阻尼約束方法,基于有限元模態(tài)應(yīng)變能法進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)的阻尼效率是可行的。最后采用模態(tài)試驗結(jié)合數(shù)值模擬的方法對自由邊界條件下,面芯脫粘,桿件缺失,面板起皺和面板搭接補強等含不同損傷類型的復(fù)合材料點陣夾芯曲面殼結(jié)構(gòu)進行了缺陷敏感性分析,并討論了損傷類型,損傷程度,損傷位置和形式等因素對結(jié)構(gòu)模態(tài)參數(shù)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),損傷缺陷的存在會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)各階固有頻率不同程度的下降,且結(jié)構(gòu)第一階固有頻率對損傷缺陷更敏感,相對偏差最大。同時還發(fā)現(xiàn),結(jié)構(gòu)阻尼損耗因子比固有頻率的對損傷缺陷更加敏感,缺陷的引入會增加結(jié)構(gòu)的阻尼耗能,從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)頻響幅值不同程度的下降。參數(shù)化研究得到了一些規(guī)律性結(jié)果,為下一步開展對該類結(jié)構(gòu)的的無損檢測和損傷缺陷定位研究打下基礎(chǔ)。
[Abstract]:As a new generation of advanced ultra strong lightweight structural materials, composite grid and lattice sandwich structure has been widely concerned by many scholars at home and abroad. At present about the structure design and preparation of materials mechanical properties have made a lot of research results. But the research on the damping performance of the structure vibration is in the initial stage. The research and development of multifunctional composite materials and structure with good mechanical properties and high damping properties is one of the key topics in the current research on the noise reduction of vibration light structure. In this paper, the structural damping integration technique based on the design and preparation of both new lightweight structure bearing function and damping function of hybrid composite lattice and corrugated sandwich plate structure, through numerical simulation study on the inherent vibration characteristics, methods of theoretical analysis and experimental characterization of the damping mechanism and defect sensitivity, and This paper studies the properties of all kinds of hybrid composite sandwich structure is drawn to the Lakes material modulus and damping properties of the figure, further complement and improve the performance, to provide reference for the design of new structural damping material. The integrated structure mainly includes the following contents: firstly, forming a prepared hybrid composite lattice sandwich plate structure the lower panel with viscoelastic damping layer is molded, on its natural vibration and damping properties by modal test. Based on modal strain energy method, numerical method is adopted to forecast the structure of the natural frequency and the damping loss factor, through the analysis of the change of the damping contribution factor to reveal the damping mechanism. The angle of fiber layer. Influence of damping layer thickness on the structure vibration characteristic. The results show that, compared with the composite sandwich structure, hybrid composite material. In the array sandwich structure does not significantly alter the natural frequency of the structure at the same time can significantly improve the damping loss factor of the structure, reduce the resonance amplitude. Then the lattice plate structure to surface structure by pressing two molding composite materials prepared by Pyramid lattice sandwich cylindrical shell structure. Using Reissner-Mindlin method to study the first-order shear deformation theory, free boundary condition numerical simulation and experimental modal characterization of combination, full of carbon fiber, glass fiber and hybrid fiber with three different fiber configuration of composite lattice truss core sandwich cylindrical shell vibration damping characteristics, and reveals its damping mechanism. The fiber laying angle on the impact of structural natural frequency and damping loss factor of the theory. Analysis, numerical calculation and experimental results agree well validated prediction model. Compared to the lattice sandwich plate structure, point array Sandwich cylindrical shell exhibit significantly different natural vibration damping characteristics and variation. And considering the influence of enhanced core direction on the structural natural vibration characteristics, through experiments and numerical method to study the composite longitudinal and circumferential corrugated sandwich cylindrical shell structure has characteristics of damping and vibration. The corrugated inclination angle, discusses the sandwich influence of core height, topology and other factors on the natural vibration characteristics of the structure. The results show that the panel thickness and the relative density of the core under the condition of the same circumferential corrugated sandwich cylindrical shell and the natural frequency and damping factor is higher than that of vertical corrugated sandwich cylindrical shell, and the longitudinal corrugated sandwich cylindrical shell than circumferential corrugated sandwich the change of geometric parameters of cylindrical shell structure of the more sensitive parameters. Research results have an important means on the dynamic performance of the surface of the sandwich structure design The guiding significance. And then considering the influence of structure quality, vibration and damping performance by combining experimental and numerical simulations of different damping system configuration of the hybrid composite sandwich plate structure, considering the stiffness of the structure damping efficiency, efficiency and comprehensive efficiency. The flat structures to the shell structure further, revise and improve the Lakes material modulus and damping properties of graphs. The results show that adding damping materials can significantly improve the efficiency of the damping structure, effectively suppress the vibration response of structure, but also with the stiffness efficiency decreased. In the damping scheme, the lattice sandwich structure core cavity filled polyurethane foam to get the highest comprehensive efficiency. The local damping constraint method, and further optimize the structure damping efficiency method is feasible based on the finite element modal strain energy Finally, numerical simulation method. The modal test of free boundary conditions, face core debond, rod missing, wrinkling and panel reinforcement lap panel containing different damage types of composite sandwich shell structure of the defect sensitivity analysis, and discusses the types of injury, damage degree, damage location effect parameters and the form factors of the structural modal parameters. The results showed that the damage defects will lead to the decline of structural frequencies in different degree, and the first order natural frequency of the structure damage is more sensitive, the maximum relative deviation. It is also found that the structure damping loss factor is more sensitive than the natural frequency of defect, defect the increase of damping energy dissipation structure, resulting in the structure of frequency response amplitude decreased in different degrees. The parametric study obtained some regularity results for the next step to carry out the The research of nondestructive testing and damage defect location of the class structure is the basis.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB303

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本文編號：1385104