材料内阻对旋转复合材料轴动力学稳定性的影响研究

由于复合材料与金属材料相比,具有更为突出的阻尼耗散能力,超临界旋转复合材料轴在材料内阻的作用下更容易产生不稳定自激振动。从复合材料本构关系、应变-位移关系基本方程出发,基于Bernoulli-Euler梁理论,并考虑复合材料的黏弹性阻尼耗散特性,在导出旋转复合材料轴的动能、势能和内阻耗散能的基础上,采用Hamilton原理建立了转子系统的运动微分方程,采用Galerkin法对复数形式的弯曲方程进行求解,导出转子系统的特征方程。通过数值分析得到固有频率-转速曲线和阻尼-转速曲线,求得了临界转速和失稳阈。研究了铺层角、长径比和铺层方式的影响。模型结果的正确性,通过与文献结果对比,得到了验证。

具有约束层阻尼旋转复合材料轴的动态特性研究

复合材料驱动轴在高速旋转下的振动抑制,是先进直升机和汽车传动系统结构设计需要考虑的重要问题。约束层阻尼技术是工程领域内普遍采用的实用有效的阻尼减振设计方法;然而通过采用约束层阻尼处置方式增加复合材料传动轴的阻尼能力的研究报道,目前国内外很少见到。从应力-应变关系、应变-位移关系出发,推导出复合材料Timoshenko轴、约束层与黏弹性层的动能及势能的数学表达式,采用Hamilton原理建立具有约束层阻尼的旋转复合材料轴的运动学方程。采用广义Galerkin法对动力学方程进行了离散化,建立了广义坐标表示的自由振动方程组,通过特征值求解得到系统的固有频率和阻尼比;基于比例阻尼假设和四阶Runge-Kutta数值积分方法求解上述方程,得到系统的自由振动响应曲线。通过数值分析揭示了约束层材料、黏弹性层材料、铺层方式、长径比和转速对具有约束层阻尼的旋转复合材料轴的固有振动特性以及自由振动响应特性的影响。

具有内阻的旋转复合材料轴的非线性自由振动与稳定性

研究具有内阻的旋转复合材料轴的非线性自由振动和稳定性。采用大振幅不可伸缩旋转梁的假定,对复合材料轴进行非线性建模,模型引入非线性曲率和惯性的影响。根据复合材料的粘弹性耗散特性描述材料内阻。从复合材料本构关系、应变-位移关系基本方程出发,在导出动能、势能和内阻耗散能的基础上,基于扩展的Hamilton原理,建立旋转复合材料轴的弯-弯耦合非线性振动偏微分方程组。采用Galerkin法将偏微分方程离散化为常微分方程。为了预测旋转复合材料轴的稳定边界,对线性化方程进行特征值分析,给出了临界速度和失稳阈的表达式。采用四阶RungeKutta法对常微分方程组进行数值积分,获得位移时间响应图、相平面图和功率谱图,研究了铺层角、长径比和铺层方式对非线性振动响应和稳定性的影响。

考虑不可伸长和材料内阻的旋转复合材料轴的非线性自由振动分析

建立了考虑材料内阻的旋转复合材料轴的非线性动力学模型,研究材料内阻对旋转轴非线性自由振动的影响。模型包括转动惯量和陀螺效应,但剪切变形不予考虑。基于不可伸长假设,采用曲率和惯性非线性描述复合材料轴的大振幅振动。基于复合材料的黏弹性描述阻尼耗散特性。基于扩展的Hamilton原理,导出旋转复合材料轴的弯-弯耦合非线性振动偏微分方程组。采用Galerkin法将偏微分方程进行离散化,采用多尺度法对常微分方程进行摄动分析,导出非线性自由振动解的分析表达式,针对铺层角、长径比、铺层方式和旋转速度进行数值分析,研究材料内阻对旋转复合材料轴的非线性固有频率的影响。将多尺度法求解的结果与数值积分的结果进行了比较,验证了模型与方法的正确性。