空心玻璃微球填充環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料的力學(xué)性能及其懸臂梁結(jié)構(gòu)的阻尼智能化.pdf

1、空心微球材料填充聚合物基體制備的復(fù)合泡沫塑料，因其低密度、高比強(qiáng)度、低雷達(dá)探測(cè)率、低吸水率及可設(shè)計(jì)性，被廣泛應(yīng)用于航天航空產(chǎn)品、水下載具結(jié)構(gòu)件中。本文以空心玻璃微球填充環(huán)氧樹(shù)脂基體制備了復(fù)合泡沫塑料，并對(duì)其進(jìn)行了準(zhǔn)靜態(tài)單軸壓縮測(cè)試；為分析復(fù)合泡沫塑料中的應(yīng)力分布狀態(tài)，建立了球顆粒在一定空間中的隨機(jī)均勻分布模型；將球顆粒分布模型結(jié)合有限元軟件分析了空心玻璃微球的球壁厚度及粒徑變化對(duì)復(fù)合泡沫塑料應(yīng)力分布的影響；使用INV法測(cè)量了復(fù)合泡沫塑料

2、懸臂梁的阻尼性能，并結(jié)合XPC Target實(shí)時(shí)控制環(huán)境對(duì)復(fù)合泡沫塑料懸臂梁進(jìn)行了振動(dòng)主動(dòng)控制；通過(guò)以不同的方式將壓電陶瓷/導(dǎo)電相/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料阻尼塊布置在復(fù)合泡沫塑料懸臂梁上作為被動(dòng)阻尼材料，并以不同強(qiáng)度Chirp信號(hào)激勵(lì)懸臂梁結(jié)構(gòu)，探討了阻尼塊的布置方式對(duì)減振效果的影響，為實(shí)現(xiàn)懸臂梁結(jié)構(gòu)在變頻率外載荷作用下于低頻域內(nèi)減小結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行了可行性探索。
　　 本論文工作得到了如下重要結(jié)論：
　　 增大空心玻璃微球含量，

3、復(fù)合泡沫塑料的密度下降。空心玻璃微球的種類(lèi)與含量對(duì)復(fù)合泡沫塑料的力學(xué)性能有一定的影響，增大薄壁空心玻璃微球填充量會(huì)降低復(fù)合泡沫塑料的彈性模量和抗壓強(qiáng)度；而增大厚壁空心玻璃微球填充量會(huì)增大復(fù)合泡沫塑料的彈性模量和抗壓強(qiáng)度。使用粒徑大球壁薄的空心微球與粒徑小球壁厚的空心玻璃微球混合搭配的方式得到的新型空心玻璃微球制備復(fù)合泡沫塑料，其彈性模量和抗壓強(qiáng)度高于同等密度的薄壁空心微球填制備的復(fù)合泡沫塑料。
　　 在隨機(jī)均勻分散模型中，球顆粒

4、的分布具有一定均勻性，不會(huì)出現(xiàn)局部顆粒數(shù)目陡增或陡降的現(xiàn)象。有限元分析結(jié)果表明，在復(fù)合泡沫塑料中，隨空心玻璃微球球壁厚度的增大，復(fù)合泡沫塑料中最大應(yīng)力減小。在一定的載荷下，空心玻璃微球球壁厚度較薄時(shí)，空心玻璃微球?yàn)橹饕某休d體；而當(dāng)空心微球球壁厚度增大時(shí)，包覆空心玻璃微球的環(huán)氧樹(shù)脂基體也參與吸收應(yīng)變能?？招牟Ａ⑶虻那虮诤穸仍酱?，參與吸收應(yīng)變能的樹(shù)脂基體部分越多。
　　 通過(guò)INV阻尼計(jì)法測(cè)得了復(fù)合泡沫塑料懸臂梁結(jié)構(gòu)的固有頻率及

5、阻尼比，增大空心玻璃微球含量，會(huì)增大懸臂梁結(jié)構(gòu)的阻尼比；當(dāng)空心玻璃微球含量增大到一定值時(shí)，懸臂梁結(jié)構(gòu)的阻尼比降低。
　　 通過(guò)基于XPC Target的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)對(duì)復(fù)合泡沫塑料懸臂梁在瞬時(shí)激勵(lì)下的振動(dòng)進(jìn)行了主動(dòng)控制，主動(dòng)控制可以有效減小懸臂梁的振動(dòng)衰減時(shí)間及振幅，并提高結(jié)構(gòu)阻尼比。但若懸臂梁自身結(jié)構(gòu)阻尼較大，則主動(dòng)控制對(duì)阻尼效能提升的效果會(huì)相對(duì)較差；對(duì)復(fù)合泡沫塑料懸臂梁在頻率為一階、二階固有頻率激勵(lì)下的振動(dòng)進(jìn)行了主動(dòng)控制，使振