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分层损伤复合材料层合板振动与声特性研究

洪明  
【摘要】:随着21世纪的到来,复合材料层合结构以其独特的优势,广泛地应用在各个工程领域,科学与技术的发展,对工程结构的设计和评价的标准也越来越高,涉及的理论自然广泛且深入,复合材料层合结构性能的研究引起从事相关领域学者的极大兴趣。 比强度和比刚度高、抗疲劳、抗振动和结构可设计性强等独特的优点,同样由于层合板构造的特点,在其制造和服役过程中常常会出现分层损伤现象,分层不仅引起层合板结构强度和刚度降低,在外力作用下,当分层区域在结构中扩展达到一定规模,层合结构出现的结构力学性能劣化并可能导致结构整体失效。为了有效地保证结构承载能力的可靠性,对一些特种结构考虑损伤导致的结构强度的弱化与声学谱变易,对含分层层合结构力学特性和声学特性的研究是十分有意义的。 以舰艇声纳导流罩为研究工程背景,本文的主要研究工作是对健康完整和含层间分层损伤复合材料结构的振动特性和声学特性的分析探讨上。舰艇声纳导流罩的动力特性和声特性结构上涉及到复合材料结构动力学、损伤力学以及多介质、多场耦合力系等近代力学分支,因此,健康和分层损伤复合材料层合板结构动力特性和水中声学特性研究的课题,既有重要的理论研究的意义,也具有实际工程价值。 纤维增强复合材料层合结构分层损伤研究可以归结为材料细观损伤力学方法、连续介质损伤力学方法和统计损伤力学方法,本文是基于连续介质范畴的结构损伤方法的研究,数值分析是采用结构有限元与流体边界元的结合方法。概括起来包含模型试验、结构振动和声方面,进行了T300/QY8911层合板梁的低阶固有频率和模态阻尼测量,针对存在不同大小分层区域的板梁,从试验方面研究了其的动力特性;在含层间分层损伤结构分析模型的描述中,分层区采用了界面虚拟单元,结合单层板的材料特性,基于结构耗散能理论,计算讨论了分层大小对受损结构固有频率、模态阻尼和传递函数等结构振动参数的影响;为了研究分层损伤结构对其声特性的影响,对结构的触水声特征值进行了分析,同时,构造分析了平面声波引起损伤结构的振动响应,研究了不同分层大小和厚度方向位置对含损层合板振动传递函数的变异特征。利用编制相应的计算机程序系统,对振动和声特性的系统分析,为了解损伤结构的特点,进一步研究损伤结构的识别提供了必要的储备。 本文通过对含层间损伤复合材料层合结构的振动和声特性研究,理论上初步构造了分析方法,对典型结构的数值分析,概念上给出损伤对结构振动和声特征的影响,因此,研究工作既有理论意义也有实际应用背景。 大月吃月吐口二大学协创七今全文 分忍担份岌合材转层金极兔时每声特性布降究 本研究工作受到国家自然科学基金(含损复合材料结构的损伤扩展、破坏和承载能力 [599750141)和(含损复合材料加筋板壳非线性动态特性和破坏行为[102720251), 以及工业装备结构分析国家重点实验室开放基金(舰船复合材料结构动态响应及声辐射研 究)的资助。


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