三維四向紡織復(fù)合材料的振動(dòng)模態(tài)分析及T型梁的損傷診斷.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、三維編織復(fù)合材料是纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的一種,它可以制造復(fù)雜形狀的構(gòu)件。三維編織復(fù)合材料與傳統(tǒng)層合復(fù)合材料相比,具有整體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),高的比強(qiáng)度,比模量,優(yōu)良的抗沖擊性能和損傷容限等優(yōu)點(diǎn)。三維編織復(fù)合材料在航天、航空等高科技行業(yè)被廣泛用于各種構(gòu)件中,因此對(duì)三維編織復(fù)合材料性能的研究具有積極的工程意義。
  本論文以三維四向編織材料為研究對(duì)象,探討細(xì)觀結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)整體振動(dòng)參數(shù)的影響規(guī)律。細(xì)觀結(jié)構(gòu)特性根據(jù)三維編織復(fù)合材料建立的單元模型進(jìn)行刻畫(huà)。

2、從這個(gè)模型出發(fā),由纖維束和樹(shù)脂基體的彈性參數(shù),以及編織參數(shù),采用平均剛度法得到結(jié)構(gòu)整體的材料常數(shù)和剛度矩陣。后者被用梁振動(dòng)模型和連續(xù)體有限元模型得到結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型,并與結(jié)構(gòu)的模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果相互參比。固有頻率值的最大誤差值為3.41%,最小誤差值為0.65%,研究結(jié)果表明有限元模型和梁模型所獲得動(dòng)態(tài)參數(shù)與模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果吻合良好,這一方面表明了我們研究方法的可靠性,也驗(yàn)證我們從微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)到整體振動(dòng)參數(shù)之間的理論的可信度。
  本文

3、采用了模態(tài)試驗(yàn)和有限元數(shù)值計(jì)算的方法對(duì)的碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂基三維四向編織復(fù)合材料T型梁的損傷行了研究。分析了在不同位置,含有不同損傷直徑孔洞的碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂基三維四向編織復(fù)合材料T型梁的模態(tài)參數(shù)。實(shí)驗(yàn)表明,含有損傷的三維四向編織復(fù)合材料T型梁的模態(tài)響應(yīng)發(fā)生了改變。損傷對(duì)T型梁的第三階和第四階模態(tài)振型有影響,使模態(tài)振型在損傷處發(fā)生偏移,但是第一階和第二階模態(tài)振型對(duì)損傷并不敏感。損傷對(duì)T型梁的模態(tài)曲率產(chǎn)生影響,通過(guò)模態(tài)曲率的變化可以判斷損傷

4、的位置。T型梁的有限元模型證明損傷會(huì)對(duì)T型梁的固有頻率產(chǎn)生影響,但是不能說(shuō)明損傷會(huì)對(duì)T型梁的模態(tài)振型產(chǎn)生影響。
  主要研究結(jié)論有:
  (1)以三維四向編織復(fù)合材料的細(xì)觀結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),在懸臂梁約束條件下,建立了三維四向編織復(fù)合材料的梁模型,結(jié)合拉格朗日方程,計(jì)算得到了三維四向編織復(fù)合材料的剛度矩陣。
  (2)結(jié)合材料振動(dòng)力學(xué)和振動(dòng)結(jié)構(gòu)模態(tài)分析理論,建立了在懸臂梁邊界約束條件下,三維四向編織復(fù)合材料的梁振動(dòng)模型方程。推

5、導(dǎo)出了三維四向編織復(fù)合材料在懸臂梁邊界約束條件下的模態(tài)參數(shù)與編織工藝間的關(guān)系:纖維體積含量相同時(shí),三維四向編織復(fù)合材料的低階固有頻率隨著編織角的增大而減小;當(dāng)編織角相同時(shí),固有頻率值都隨纖維體積含量變化的增加而增加。
  (3)在三維編織復(fù)合材料中,固有頻率和振型是兩個(gè)重要的模態(tài)參數(shù)。固有頻率和振型課由梁離散模型和連續(xù)體的有限元模型來(lái)確定。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析進(jìn)行了比較。研究表明,梁模型和有限元模型計(jì)算獲得的固有頻率和振型與實(shí)驗(yàn)

6、符合很好。這些表明了我們研究方法的可靠性,也驗(yàn)證我們從微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)到整體動(dòng)態(tài)參數(shù)之間的理論的可信度。
  (4)通過(guò)模態(tài)振動(dòng)測(cè)試獲得T型梁的固有頻率和與之對(duì)應(yīng)的模態(tài)振型,這對(duì)了解三維四向編織復(fù)合材料T型梁振動(dòng)特性提供了幫助,為T(mén)型梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與損傷檢測(cè)提供了依據(jù)。
  (5)損傷對(duì)T型梁的固有頻率產(chǎn)生影響。有損傷T型梁所對(duì)應(yīng)的固有頻率小于與之對(duì)應(yīng)的無(wú)損傷T型梁的固有頻率。隨著損傷程度的增加,頻率的下降量也增加。固有頻率的變化

7、反應(yīng)的是結(jié)構(gòu)整體剛度的變化,根據(jù)固有頻率的變化,只能檢測(cè)材料是否發(fā)生了損傷,但不能確定損傷發(fā)生的位置。
  (6)將試驗(yàn)得到的T型梁的模態(tài)位移利用中心差分法轉(zhuǎn)換成模態(tài)曲率。實(shí)驗(yàn)表明,損傷前后T型梁模態(tài)曲率發(fā)生了變化,在損傷的位置,模態(tài)曲率會(huì)出現(xiàn)一個(gè)峰值,隨著損傷嚴(yán)重性的增加,峰值變大。
  (7)通過(guò)ANSYS軟件中的模態(tài)分析功能,模擬分析了不同損傷情況下,三維四向編織復(fù)合材料T型梁固有頻率和振型。T型梁的固有頻率隨著損傷程

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