嵌入式共固化复合材料阻尼结构低速冲击性能数值模拟

嵌入式共固化复合材料阻尼结构是一种新型阻尼处理结构,在航空、航天、高速列车等高科技领域有广阔的应用前景。采用LS-DYNA显式动力学软件建立了该结构的有限元分析模型,对这种新型阻尼结构的低速冲击性能进行数值模拟,并将数值模拟结果与实验数据进行比较以说明模拟方法的有效性。结果表明这种新型复合材料阻尼结构的抗冲击性能大大优于相同材质的复合材料结构。

基于遗传算法的嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构优化

建立嵌入式共固化穿孔粘弹性层复合材料结构的遗传算法优化模型,采用混合编码方式对嵌入穿孔阻尼层的复合材料结构试件粘弹性层穿孔布局进行优化,在增大结构阻尼的同时尽量减少结构刚度损失。结果表明,在不考虑复合材料穿孔阻尼层面积比变化对阻尼与刚度的敏感度时,最优方案为穿孔直径2 mm,孔距9.90 mm,此时阻尼层面积比为96.8%;考虑该敏感度时,最优方案为穿孔直径2 mm,孔距9.06 mm,此时阻尼层面积比为96.2%。研究结果对大阻尼高刚度嵌入式共固化复合材料阻尼构件的设计制作有重要指导意义。

嵌入式共固化复合材料阻尼结构的新进展

综述了近年来嵌入式共固化复合材料阻尼结构研究的最新进展,主要包括共固化工艺及其对粘弹性材料的要求、嵌入的阻尼材料及其薄膜的结构形式、理论分析研究的方法等。突出强调了结构功能一体化阻尼构件的最新研究成果,提出实际应用还需继续研究解决的问题,为进一步探索轻质大阻尼复合材料构件的设计理论和制作工艺提供参考。

嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构动力学性能实验研究

提出一种新的刷涂工艺制作嵌入式高温共固化阻尼薄膜,直接将粘弹性材料溶于易挥发的有机溶剂中,刷涂在复合材料预浸料表面,然后按照T300/QY8911复合材料预浸料固化工艺曲线将其制成嵌入式高温共固化复合材料试件,并对刷涂工艺和压片工艺制作的嵌入式高温共固化复合材料试件进行模态分析实验,获得了这两种方法制备粘弹性阻尼薄膜厚度与低阶模态参数的变化关系,结果证明了刷涂工艺所制得试件具有较高阻尼性能,为轻质大阻尼复合材料构件的设计理论和制作工艺的进一步研究奠定了基础。

嵌入式共固化阻尼复合材料圆板的振动分析

为了探索嵌入式共固化阻尼复合材料圆板结构的阻尼特性,基于一阶剪切变形理论,计算阻尼复合材料圆板结构的应变能和动能,在四边固支边界条件下,运用Rayleigh-Ritz法建立阻尼圆板结构的理论模型。制作阻尼圆板结构试件并搭建实验平台,通过理论解、数值模拟解以及模态实验解三者对比,证明了理论模型的有效性,同时进一步分析阻尼层参数对结构固有频率和损耗因子的影响。结果表明:当阻尼层比率达到一定值时,损耗因子存在峰值;在半径一定的情况下,取与半径适当比例的阻尼层厚度可以明显增强结构的刚度和阻尼性能;复合材料层与阻尼层厚度比存在结构设计最优值。

嵌入式共固化阻尼复合材料非线性静力学性能

为研究嵌入式共固化阻尼复合材料(ECDCM)的非线性静力学性能,对铺层角度为0°和45°的ECDCM试件进行拉伸实验和三点弯曲实验,基于复合材料连续损伤理论,在LS-DYNA中建立了ECDCM非线性有限元分析模型,将仿真结果与实验结果进行比较,验证了有限元模型的适用性;通过实验和仿真结果简单分析了ECDCM非线性静力学性能产生机制;使用有限元方法分别研究了不同铺层角度对ECDCM拉伸性能和弯曲性能的影响,并研究了阻尼层厚度对ECDCM弯曲弹性模量的影响。结果表明,ECDCM的材料非线性力学特性主要来源于拉伸时切应力分量导致基体不断产生剪切损伤,导致材料宏观力学性能发生变化;在0°至45°范围内随着铺层角度的增大,ECDCM材料非线性特征愈发显著,在0°~45°范围内,拉伸弹性模量和弯曲弹性模量随着铺层角度增大呈下降趋势,拉伸强度与弯曲强度随铺层角度增大也呈下降趋势;阻尼层的加入使得复合材料被隔断分为上下两部分,使得复合材料的弯曲弹性模量下降,并且在0~0.3 mm范围内阻尼层厚度增大会导致弯曲弹性模量进一步减小。

嵌入式共固化复合材料阻尼结构湿热处理前后的摩擦磨损性能研究

按照T300/QY8911复合材料预浸料固化工艺曲线制成嵌入式共固化复合材料阻尼结构试件,分别对其进行摩擦、磨损实验,同时对湿热试验后试件作耐磨性对比,获得了该复合材料的摩擦系数和磨损量随阻尼层厚度变化曲线,并对实验数据进行分析和研究;结果表明:湿热处理前后,阻尼结构的抗摩擦、磨损特性是随阻尼层厚度的增加而降低;穿孔阻尼结构能较大程度地提高嵌入式共固化复合材料阻尼结构的抗摩擦、磨损性能;在相同阻尼薄膜厚度情况下,穿孔阻尼结构在湿热处理前摩擦系数和磨损量分别降低了9.85%和16.67%,在湿热处理后摩擦系数和磨损量分别降低了8.32%和11.43%;为进一步探索全天候、超高速、高耐磨性能的嵌入式共固化复合材料有重要的指导意义。

嵌入式共固化复合材料阻尼结构隔声性能实验研究

以丁基橡胶为粘弹性阻尼材料的主要原料,用模压法将其制成阻尼材料薄膜,再与环氧树脂玻璃布预浸料按固化曲线制成嵌入式共固化复合材料阻尼结构试件。用驻波管法研究其隔声性能,试验结果表明:嵌入较薄阻尼层会在几乎不改变构件刚度的情况下增大试件的阻尼,提高试件低频隔声性能。而嵌入阻尼层较厚时,其厚度的变化对隔声量的影响不明显,虽然试件的隔声性能有所提高,主要是由刚度和质量的改变引起。结论说明:通过提高嵌入式共固化复合材料阻尼层的厚度来提高构件隔声量的做法是不合适的。

嵌入式共固化复合材料阻尼结构阻尼性能的实验研究

使用丁基橡胶作为黏弹性阻尼材料的主要原料,并使用模压法将该阻尼材料制成薄膜,再与环氧树脂玻璃布预浸料按固化曲线制得嵌入式共固化复合材料阻尼结构试件。然后测试其阻尼性能。结果表明嵌入较薄阻尼层会在构件刚度改变不大的情况下增大试样的阻尼。而嵌入阻尼层较厚时,对试件的刚度影响较大。随着阻尼层厚度的增加,构件阻尼的增加量逐渐降低。因此,以增加阻尼层厚度来提高构件阻尼的方法是不可取的。

嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的动力学性能研究

建立嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的有限元数值模拟模型,提出了用改进的应变能法分析该网格结构的阻尼特性;通过对比所得模拟数据与实验结果,表明该模拟方法的有效性,再用验证了的模型和方法分别研究了不同几何参数对整体结构模态损耗因子和频率的影响,相关结论对嵌入式共固化网格阻尼结构复合材料的动力学性能理论预估具有重要指导意义。

高温老化后嵌入式共固化阻尼复合材料结构的阻尼性能

在综合研究双马来酰亚胺树脂基碳纤维预浸料(T700/QY260)和AFLAS氟橡胶的力学性能、阻尼性能和耐高温性能基础上,通过试验的方法提出一种能够耐260℃超高温度的黏弹性阻尼材料。利用四氢呋喃溶液将该黏弹性阻尼材料制成阻尼胶浆溶液,结合双面刷涂和热压罐工艺制备出嵌入式共固化阻尼复合材料试件,利用自由振动衰减实验方法对该试件分别做常温、230℃*96 H、260℃*96 H老化实验处理后相对阻尼系数的测定,得到不同温度老化处理后的嵌入式共固化阻尼复合材料的相对阻尼系数与阻尼材料厚度的关系,证明了所制备的嵌入式共固化阻尼复合材料具有优异耐超高温性能和稳定的阻尼性能。

嵌入式共固化复合材料阻尼结构研究概述

通过对复合材料阻尼结构的制作工艺、分析方法及研究方法的综述,概述其目前的研究现状:大量研究主要面向连续阻尼结构进行,对穿孔阻尼结构和网格阻尼结构的研究相对较少。今后应加大对二者的制作工艺、动力学性能、弯曲性能及层间结合性能等方面的理论和试验研究。另外,适用于多种材料且结构复杂的模态应变能数值模型是嵌入式共固化复合材料阻尼性能的一个重要研究方向。

嵌入式共固化复合材料阻尼结构的动力学性能

为大幅度提高嵌入式共固化复合材料阻尼结构的动力学性能,基于有限元的模态应变能法探讨了边界条件对单层连续阻尼结构和多层连续阻尼结构阻尼性能的影响,同时对一短边固支的单层连续阻尼结构模态损耗因子随阻尼层厚度变化的规律进行了研究。结果表明:对比探讨的其它边界约束条件,四边固支的嵌入式共固化阻尼复合材料结构具有较好的力学性能;增加单边固支连续阻尼结构中阻尼层的厚度可促使结构的模态损耗因子增大;当阻尼层较薄时,模态损耗因子随着阻尼层厚度的增加增幅较大,阻尼层厚度较厚时,模态损耗因子对结构阻尼层的变化不再敏感。

嵌入式共固化阻尼复合材料结构拉伸性能研究

通过面内拉伸试验和层间拉伸试验研究嵌入式共固化复合材料的拉伸性能,探讨沿纤维方向拉伸和半角拉伸的强度差异及层间拉伸强度。结果表明:纤维铺设角度对嵌入式共固化复合材料的拉伸性能有重要影响,不同铺设角度下的性能差异较大,面内拉伸强度的差异达1.71倍;首次通过实验得到嵌入式共固化复合材料的层间拉伸强度值,其值较面内拉伸强度小的多,约为0.398 MPa。

嵌入式共固化缝合阻尼复合材料面内力学性能

为了提高复合材料的面内力学性能,提出了正交对称嵌入式共固化缝合阻尼复合材料结构,建立该结构面内等效弹性参数的数值模拟模型,通过热压罐的中温共固化工艺制备出嵌入式共固化缝合阻尼复合材料试件,利用万能试验机的拉伸测试验证本文数值模拟方法的有效性。使用有效的ANSYS有限元模型进一步分析出面内等效弹性参数Ex、Ey、Gxy、νxy随针距、行距和阻尼层厚度的变化规律,为嵌入式共固化缝合阻尼复合材料结构力学性能研究奠定了基础。

简谐激励下共固化复合材料粘弹阻尼结构的损耗因子研究

基于模态叠加法和模态应变能法,推导出在任意简谐激励下粘弹阻尼结构的损耗因子的计算方法,并采用这种方法分析了共固化复合材料粘弹阻尼结构在简谐激励下的损耗因子。分析结果与动态机械分析仪(DMA)实测结果基本吻合,从而验证了本文建立方法的有效性,对粘弹阻尼结构的损耗因子的分析以及共固化复合材料粘弹阻尼结构的设计和应用具有一定的参考价值。

嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的制备与性能

为了提高复合材料的阻尼性能,促进阻尼复合材料的发展,本文探索一种新的嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料。在T300碳纤维布上刷涂阻尼胶浆,晾干后制出规则分布的小孔,按真空导入成型工艺制备预成型体,将其放入温度试验箱进行固化,得到嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料,并将复合材料按尺寸切割成试件。对试件进行模态试验、自由衰减试验和层间剪切试验。试件板的一阶模态阻尼达到3.65%,固有频率为12.88 Hz;试件梁的一阶模态阻尼达到2.02%,固有频率为34.25 Hz;试件梁的层间剪切力最大值为6488.452 N,剪切强度为5.19 MPa。结果表明这种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料具有较好的阻尼性能与层间力学性能。

共固化复合材料粘弹阻尼结构的损耗因子研究

应用基于有限元的模态应变能法研究了共固化复合材料粘弹阻尼结构的损耗因子,同时考虑了粘弹性阻尼材料的频率依赖性和复合材料本身对振动能量的损耗,提出了该类型结构的有限元模型,并通过算例分析验证了该模型;考察了纤维增强复合材料本身的阻尼因素、柔性层的引入以及阻尼层的位置对复合材料粘弹阻尼结构损耗因子的影响,并给出了提高此类结构损耗因子的途径。

共固化复合材料/铝蜂窝夹层结构性能

采用共固化工艺制备了碳纤维增强复合材料面板/铝蜂窝夹层结构。通过考察固化压力对复合材料面板性能的影响确定了共固化的成型压力,对比分析了不同规格铝蜂窝及其夹层结构的力学性能。结果表明,对于薄面板,成型压力对面板力学性能的影响较小,规格为0.04 mm×4 mm的铝蜂窝制备的夹层结构具有更高的比强度和比刚度,且成型工艺性好。

不同成型方法的树脂基复合材料帽形结构共固化成型质量研究

传统手工铺贴存在成型质量不稳定、生产效率低等问题,难以满足复杂复合材料主承力结构的生产需求,而自动铺带技术还无法对特征复杂的承力结构进行有效铺贴。基于此,本文在手工铺贴的基础上,提出了一种预成型共固化工艺。同时,利用光纤光栅传感器监测应变,结合相控阵超声检测、光学显微观察以及力学性能测试,对比研究了手工成型共固化和预成型共固化方法对复合材料帽形结构成型质量的影响。结果表明:预成型共固化制备帽形结构内部应变变化幅度更大,主要受罐内压力和硅橡胶辅助模具影响,有利于结构内部纤维平顺分布,压实效果更好;帽形加筋结构内部缺陷种类繁多,主要存在于三角区以及帽形长桁与蒙皮壁板结合处;相比手工成型共固化工艺,预成型工艺(1℃/min升温至60℃,保温1 h)条件下帽形结构的关键区域基本不存在孔隙缺陷,有效降低了纤维皱曲的程度,外形精度分布均匀,其中,拉脱强度提高21.5%。