开孔对复合材料层合板振动频率影响研究

在复合材料层合板的中心开一个超椭圆形孔,利用Nastran有限元软件分析,计算层合板的前二阶振动频率,研究开孔形状及其转动等设计参数对矩形层合板固有频率的影响。分析结果表明层合板的固有频率受板内开孔设计影响很大,且与边界约束条件有很大的关系。     

铺设角度对层合板结构声功率的影响分析*

针对层合板结构铺设角度对前二阶声辐射模态幅值和辐射声功率的影响进行分析。利用分层理论结合有限元模型求解层合板的铺设角度与振动速度信息之间关系。通过声辐射模态理论,以某12层层合板结构为例,研究固定边界条件下的层合板辐射模态数、对称铺设角度、单向铺设角度以及激励力位置对声辐射模态幅值和辐射总声功率的影响。计算结果表明,在相同角度下,对称铺设层合板结构最大声功率值要小于单向角度铺设层合板结构最大声功率值;另外在低频时,对层合板结构辐射声功率起主要贡献的是前两阶辐射模态。并以某16层零度铺设的固定边界条件下的层合板结构为例,对复合材料层合板结构的声辐射模态幅值及声功率进行试验分析。     

基于声发射检测的能量释放率预测多向复合材料层合板的分层机理

针对复合材料压力容器的损伤在线监测问题，利用应变能释放率对双悬臂梁标准试验过程中的复合材料分层损伤机理进行了研究。为此，制备了铺设角度分别为0°,30°,45°和60°的不同界面纤维取向24层玻璃/环氧复合材料层合板，利用声发射技术检测多向复合材料层合板的损伤机理(结合显微可视化技术),证实了应变能释放率可作为预测复合材料分层损伤的判据；发现声发射参量可以较早地预测层合板的损伤。由此，提出了一种通过声发射参数代替原本测量裂纹长度的计算方法来预测分层损伤的方法。结果表明，该方法与传统测量计算方法相比，可以更早地监测层合板的损伤。     

含多处分层损伤平面编织层合板自由振动特性研究

基于层合板Mindlin一阶剪切变形理论,研究多处椭圆内埋型分层损伤对复合材料层合板固有特性的影响规律。根据一般分层模型,并采用线性接触模型模拟分层区域上、下子板的相互作用,建立含多个椭圆内埋型分层损伤平面编织层合板自由振动分析有限元模型。通过典型算例分析,分别讨论分层类型、位置和数目或深度诸参数对平面编织层合板固有频率的影响。结果表明,对于内埋型分层损伤,表面分层与中间分层对固有频率的影响区别很小;分层深度越深,越靠近固支端,损伤对层合板固有频率的影响越大;纵向椭圆内埋分层对平面编织层合板固有频率的影响比横向椭圆内埋分层要更严重。     

含MFC智能层的复合材料层合板自由振动研究

在一阶剪切变形板理论的基础上,提出一种考虑之子函数影响的位移场。根据给定的位移场,利用瑞利-里兹法和切比雪夫多项式,考虑机电耦合特性,分别求出含有智能压电宏观纤维复合材料层(macro fiber composite,简称MFC)的碳纤维增强复合材料层合悬臂板在开路与通路两种电学边界条件下自由振动的固有频率,讨论不同铺层方式、宽厚比、长宽比以及不同的外电压状态下,MFC智能层对碳纤维增强复合材料层合板固有频率的影响。研究结果表明,MFC智能层对所研究系统的固有频率影响显著,可以通过控制MFC智能材料的通电电压来实现对复合材料层合板振动特性的控制。     

复合材料层合板阻尼特性有限元数值模拟

应用耗散能原理建立了复合材料层合板的阻尼预测分析模型,对复合材料层合板进行三维有限元模态分析,求出各个模态下的应力、应变分量。根据模态分析结果,从单向复合材料的阻尼性能参数出发,利用层合板应变能、耗散能和结构模态阻尼的关系求出各个模态对应的模态阻尼损耗因子。利用该方法,分别计算了单向层合板和对称层合板的结构模态阻尼损耗因子。数值计算结果与已有的理论分析和试验结果相比吻合较好,从而验证了该方法的合理性,该方法还可以比较三维应力分量对阻尼的贡献。     

应用扰动广义微分求积法的复合材料层合板剪切屈曲分析与优化

广义微分求积(GDQ)法求解复合材料层合板剪切屈曲时存在计算精度差、计算振荡不收敛问题,研究发现该现象源于载荷矩阵存在奇异,为此,提出扰动GDQ法,通过扰动主对角线权重系数以改善载荷矩阵的奇异性来消除计算振荡。数值算例验证了扰动策略的有效性,实现复合材料层合板剪切屈曲问题的高效稳定求解。在此基础上,结合直接搜索模拟退火算法,开展了含剪切载荷的复合材料层合板铺层顺序优化。结果表明：剪切工况时对称复合材料层合板的优化铺层不受铺层数和铺设形式影响,优化铺层角随长宽比增大而趋于60°;而剪切与轴压组合工况下较小的剪切力能改善层合板屈曲性能,随着剪切力的增大,优化屈曲性能逐渐降低,优化铺层趋同于剪切工况。研究结果为复合材料层合板的剪切屈曲性能设计提供了参考。     

数控车床整机振动可靠性评估研究

针对数控机床结构和加工工况复杂、可靠性数据匮乏、造成数控机床的振动可靠性评估困难的问题,文中采用整机振动性能测试以及概率计算的方法对振动可靠性进行评估。对测试用数控车床整机进行了振动测试,测得各阶固有频率等参数,通过振动可靠性评估,可以明确该数控车床在振动可靠性上的薄弱环节及改进方向。     

悬臂薄壁短圆柱壳的高阶模态特性研究

采用传递矩阵方法研究了悬臂薄壁短圆柱壳的高阶模态振动特性。首先基于Love薄壳理论建立了薄壁短圆柱壳的动力学模型,根据壳体截面上的状态向量,利用传递矩阵方法推导了1阶状态微分方程组,然后采用高精度的精细积分方法进行求解,计算得到了高阶固有频率,绘制了三维模态振型,最后通过有限元法进行了比较。结果表明,通过传递矩阵方法可以对悬臂薄壁短圆柱壳的高阶固有频率进行精确求解,得到的三维模态振型与有限元结果具有较好的一致性。     

直驱式A/C轴双摆角铣头模态分析

用有限元方法计算了直驱式A/C轴双摆角铣头的振动特性,给出铣头结构的前4阶振型,研究了A轴摆角对铣头结构固有频率的影响。铣头在工作中其固有频率为区间值,1阶固有频率(120.48,122.91),2阶固有频率(139.68,142.08),3阶固有频率(328.68,331.9),4阶固有频率(369.68,372.45)。该计算为该类型铣头的设计和改进提供技术支持。     

基于Hamilton体系的能量释放率分析

基于Hamilton体系半解析法的分离合并技术,建立了脱层损伤层合板的半解析模型,具体分析了脱层损伤层合板结构脱层前缘节点的应力、位移及其分布规律,并进一步详细地研究了各种脱层损伤情况的能量释放率,本文的数值结果与Abaqus的数值结果进行了比较,证明了本文方法的正确性。     

频率依赖性黏弹性复合板动力学特性计算方法

将涂覆黏弹性阻尼的压气机叶片简化为考虑频率依赖性的黏弹性复合板,基于经典模态应变能法推导了一种修正的模态应变能法,用于黏弹性复合板的损耗因子计算。设计了一种基于修正模态应变能法的迭代求解方法,通过算例分别使用该计算方法与复特征值迭代法计算考虑频率依赖性的黏弹性复合板动力学特性。结果表明:基于修正模态应变能法的迭代求解方法在提高运算效率的同时,能够准确地计算出频率依赖性黏弹性复合板的动力学特性。     

无网格法在固有频率分析中的应用

针对复合材料层合板的固有频率问题,结合径向基插值函数和修正后的H-R变分原理,推导了Hamilton正则方程的无网格列式,使得无网格法的优越性与弹性力学Hamilton正则方程的半解析法得到了有机的结合,为Hamilton正则方程提出了一种无网格半解析方法。     

磁场加载方式对磁电器件磁电效应影响的研究

将磁致伸缩材料(Terfenol-D)和压电材料(PZT-8)复合,利用谐振原理构造了一种磁电器件.当激励磁场的频率等于或者接近于Terfenol-D的固有频率时,Terfenol-D将驱动PZT-8振动并发生共振,压电材料的输出电压将达到极大.在不同的偏置磁场和交变磁场的加载方式下,研究了谐振状态下的磁电层合器件在强、弱偏置磁场强度下的磁电特性,研究表明,当偏置磁场和交变磁场分别沿长度和宽度方向施加时,相比在弱磁场下,强磁场下磁电层合器件的磁电电压系数分别提高了43.3%和近2倍.     

含弹性约束复合阻尼板的振动机理与特性

为了实现对磁致伸缩和压电材料迟滞特性的描述，建立高精度前馈补偿系统，对Preisach模型一阶回转曲线的预测方法进行了研究。首先，介绍了一阶回转曲线及经典插法预测一阶回转曲线的基本原理，着重指出线性经典插值法对Preisach模型一阶回转曲线的预测存在不足；其次，在此基础上，利用非线性变换的思想，提出了辅助线法预测一阶回转曲线；最后，实验比较了超磁致伸缩材料（giant magnetostrictive material，简称GMM）与压电陶瓷（piezoelectric ceramic transducer，简称PZT）两种迟滞情况下，辅助线法和经典插值法对迟滞一阶回转曲线的预测结果。实验结果表明：在GMM迟滞下，对任意一阶回转曲线的预测数据，辅助线法的均方根误差（root mean square error，简称RMSE）最大减少为经典插值法的14.22％；对所有预测数据，辅助线法的RMSE减少为经典插值法的29.42％；在PZT迟滞下，对任意一阶回转曲线的预测数据，辅助线法的RMSE最大减少为经典插值法的18.18％；对所有预测数据，辅助线法的RMSE减少为经典插值法的41.07％。辅助线法对一阶回转曲线的预测精度整体高于经典插值法，且迟滞效应的非线性误差越高，预测精度较经典插值法越优异。     

含弹性约束复合阻尼板的振动机理与特性

针对汽车车身减振降噪需求，开发新型复合黏弹性阻尼材料。基于经典的自由阻尼和约束阻尼耗能原理，提出了一种含弹性约束的具有剪切和弯曲复合耗能机制的复合阻尼层结构。基于层间位移连续关系和薄板理论建立了阻尼复合板的位移方程和应变能能量方程，针对局部阻尼敷设及四边简支边界条件，结合假设模态法，推导出了复合阻尼板的运动微分方程、振动频率特征值方程等，求解得到了复合阻尼板的固有频率及损耗因子。复合阻尼层可用于研究单相材料不同参数特性及多相材料性能对比，且随着弹性层的上移，减振性能越好。复合耗能机理公式的推导，也为其在汽车上应用提供理论依据。     

Estimation of physical properties of laminated composites via the method of inverse vibration problem

In this study, estimation of some physical properties of a laminated composite plate was conducted via the inverse vibration problem. Laminated composite plate was modelled and simulated to obtain vibration responses for different length-to-thickness ratio in ANSYS. Furthermore, a numerical finite element model was developed for the laminated composite utilizing the Kirchhoff plate theory and programmed in MATLAB for simulations. Optimizing the difference between these two vibration responses, inverse vibration problem was solved to obtain some of the physical properties of the laminated composite using genetic algorithms. The estimated parameters are compared with the theoretical results, and a very good correspondence was observed.     

Vibration and stability of angle-ply laminated composite plates subjected to in-plane stresses

Natural frequencies and buckling stresses of angle-ply laminated composite plates are analyzed by taking into account the effects of shear deformation, thickness change and rotatory inertia. By using the method of power series expansion of displacement components, a set of fundamental dynamic equations of a two-dimensional higher-order theory for thick rectangular laminates subjected to in-plane stresses is derived through Hamilton's principle. Several sets of truncated approximate theories are applied to solve the eigenvalue problems of a simply supported thick laminated plate. In order to assure the accuracy of the present theory, convergence properties of the fundamental natural frequency are examined in detail. Numerical results are compared with those of the published existing theories. The modal displacement and stress distributions in the thickness direction are obtained and plotted in figures. The present global higher-order approximate theories can predict the natural frequencies, buckling stresses and modal stresses of thick multilayered angle-ply composite laminates accurately within small number of unknowns which is not dependent on the number of layers.     

Nonlinear bending analysis of variable cross-section laminated plates using the dynamic relaxation method

This paper tries to analyze the laminated plates with variable cross section, using the Dynamic relaxation method for solving the governing equations of the thin composite plate, obtained from the CPT theory. Comprehensive comparison and parametric studies prove the accuracy and efficiency of the utilized approach with interesting specifications such as fully vector calculations, independency to the lamina scheme (angle and number of plies) and boundary conditions so that the laminated plates with uniform, variable one direction and variable two direction of cross section could be analyzed. Results show that the behaviour of the composite plates depends on both lamina scheme (the stacking sequences and the number of the plies), and the cross section variation of the laminated plate. In this manner, utilizing the laminated plates with variable two direction of cross section could absorb more potential energy in comparison with uniform and variable one direction of cross section, so that they are useful for using in passive control mechanisms in which the kinetic energy should be removed from the structure by transforming to the potential energy.