整体中空复合材料隔声性能的实验研究

为了探讨整体中空复合材料结构与隔声性能之间的关系, 设计并制备了不同高度、不同面板厚度以及不同芯材的玻璃纤维整体中空织物/环氧树脂复合材料。采用混响室-消声室法对其隔声性能进行了测试分析。研究表明: 整体中空复合材料的结构对其隔声性能有明显的影响。复合材料的隔声性能随着结构高度的增加逐渐提高, 面板厚度对材料的隔声效果影响较大, 芯材排列形式对其隔声性能影响相对较小; 8 形整体中空复合材料的隔声性能略高于 88 形和 X 形。      

多层结构的玻璃纤维织物/环氧树脂复合材料的降噪性能评价EI

根据Kirchhoff-Mindlin理论要求,多层结构面板的隔声性能要考虑到复合结构中流体层和固体层之间的整个交互作用:复杂的声波传递过程中在固体和流体层之间多次反射和系统共振,通过对隔声性能与填充在两层面板之间物质密度的关系,以及对硬质物体的组合和空气层厚度的研究,来探讨评价隔声可变因素及对空腔共振约束的隔声低谷的影响.以玻璃纤维为增强材料,环氧树脂为基体,制备复合树脂板,并设计了多层复合结构,利用混响室-静音箱法对材料隔声性能进行了测试分析.研究表明:多层玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料呈一定的刚性,在各频率的隔声量随着复合材料厚度的增加而增加;声音传播过程中所产生的弯曲波对柔性材料隔声性能的影响远大于对刚性材料的影响.不同颗粒填充多层介质复合材料平均隔声量随材料面密度的增加而增加,与材料面密度的指数成良好的线性相关性.     

多层结构的玻璃纤维织物/环氧树脂复合材料的降噪性能评价

根据Kirchhoff-Mindlin理论要求,多层结构面板的隔声性能要考虑到复合结构中流体层和固体层之间的整个交互作用:复杂的声波传递过程中在固体和流体层之间多次反射和系统共振,通过对隔声性能与填充在两层面板之间物质密度的关系,以及对硬质物体的组合和空气层厚度的研究,来探讨评价隔声可变因素及对空腔共振约束的隔声低谷的影响.以玻璃纤维为增强材料,环氧树脂为基体,制备复合树脂板,并设计了多层复合结构,利用混响室-静音箱法对材料隔声性能进行了测试分析.研究表明:多层玻璃纤维织物增强环氧树脂复合材料呈一定的刚性,在各频率的隔声量随着复合材料厚度的增加而增加;声音传播过程中所产生的弯曲波对柔性材料隔声性能的影响远大于对刚性材料的影响.不同颗粒填充多层介质复合材料平均隔声量随材料面密度的增加而增加,与材料面密度的指数成良好的线性相关性.     

玻璃纤维织物/聚氯乙烯复合材料隔声性能

采用常压浇注工艺,制备了一种超薄、轻量、柔韧的复合材料——玻璃纤维织物/聚氯乙烯复合材料。利用双通道声学分析仪,分析研究了其隔声性能;利用SEM、DMA等,分析研究了该材料的结构和力学性能等。结果表明:该复合材料的隔声性能优于单一材料的隔声性能,在测试范围内,其隔声量超出了质量定律的预测效果,显示了该材料良好的隔声性能。      

直升机舱室声学超材料壁板的低频隔声性能分析

在直升机飞行过程中,旋翼、尾桨等噪声源在舱室内产生强烈的低频噪声,严重影响直升机的驾乘舒适性,长时间的噪声暴露会危及驾驶安全。直升机舱室常用的夹层壁板结构可有效隔绝中、高频噪声,但其低频隔声性能一般较弱。为有效降低直升机舱室内低频噪声,将局域共振型声学超材料与舱室夹层壁板结合,建立直升机舱室声学超材料壁板模型,采用有限元法分析平面波入射激励下声学超材料壁板的低频隔声性能,并探索局域振子质量、层间结构对隔声性能的影响规律。结果表明:相比敷设阻尼材料、布置动力吸振器等传统舱内降噪方法,声学超材料壁板能有效隔离低频噪声,形成380 Hz~620 Hz的宽低频带隙。增加局域振子质量可有效拓宽带隙宽度并增强带隙内声透射损失,增加纵向加强筋数目可增强结构整体刚度,使振动衰减。声学超材料内饰的引入可为解决直升机舱室低频噪声问题提供技术路线。     

聚氯乙烯基隔声材料中填充炼钢炉渣粉

将炼钢炉渣粉填充到玻璃纤维织物/聚氯乙烯复合材料中制备了一种隔声材料 , 并利用双声道分析仪 ,分析研究了面密度与复合材料隔声性能的关系 , 比较了填充炼钢炉渣粉前后复合材料隔声量的变化 ; 利用动态热力学分析仪、SEM、 万能材料试验机等对材料的动态力学性能、 结构形态、 力学性能等进行了测试。结果表明 :复合材料的隔声性能在中低频段 (500～1000 Hz) 随着面密度的增加而增加 , 在高频段 ( > 1000 Hz) 变化不明显; 炼钢炉渣粉填充到复合材料中提高了材料在中低频段 (500～1000 Hz) 的隔声性能 ; 炼钢炉渣粉的填充对聚氯乙烯隔声材料的阻尼性能和力学性能也有一定的影响。     

碳纤维-玻璃纤维层内混杂单向增强环氧树脂复合材料拉伸性能

采用不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维层内经向混编单轴向织物制备了混杂纤维增强环氧树脂复合材料, 研究了不同混杂结构和不同混杂比的碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料拉伸性能的变化及破坏形式。0°拉伸结果表明:同种混杂织物的不同混杂结构中, 碳纤维相对集中的完全对齐结构强度最高, 不同混杂比织物的完全对齐结构强度相当;碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的模量遵循混合定律。90°拉伸结果表明:纤维与树脂间的界面结合强度为碳纤维/树脂>玻璃纤维/树脂, 碳纤维-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的强度、模量与材料厚度方向上界面的不同形式(单一或交替界面、碳纤维或玻璃纤维的分布位置等)有关, 与碳纤维的含量基本无关。      

带背腔薄膜型声学超材料低频隔声特性分析

为弥补传统材料难以有效控制低频噪声的不足,提出一种由弹性薄膜、穿孔质量环和背腔组成的薄膜型声学超材料,建立单元声固耦合有限元模型,分析其在10 Hz～700 Hz频段内的薄膜振动特性,探讨薄膜预应力、穿孔半径、背腔高度、附加质量和薄膜厚度对隔声性能的影响规律,并研究基于协同耦合隔声机理的多单元组合隔声效果。结果表明：薄膜与背腔和穿孔结构耦合能丰富薄膜在低频处的振动形式,较传统Helmholtz 共振腔和薄膜型声学超材料具有更宽的隔声频带;在考虑频段范围内存在6 个声衰减峰,背腔高度、薄膜厚度和预应力的改变可使第三和第四峰值产生明显频率偏移,多单元协同耦合可实现一定频率范围内的连续宽带隔声,分析结果可为低频噪声的轻质和宽带控制提供理论参考。     

基于电磁力调谐的薄膜主动声学超材料

针对低频噪声较难控制的问题,设计一种基于电磁力调谐的薄膜主动声学超材料,该结构由通电螺线管和边界固定、中心附加钕铁硼磁铁的薄膜等结构组成。通过数值模拟和实验对其声学性能进行详细分析,结果表明:该结构具有较好的低频隔声性能。通过输入大小不同电流使螺线管内产生不同强度的磁场,从而定量改变薄膜中心钕铁硼磁铁受力,实现隔声峰值频率的定向移动,与被动式声学超材料相比,可实现声学超材料隔声特性的非接触式主动控制;在此基础上进一步研究薄膜厚度和薄膜杨氏模量对结构隔声性能的影响。     

大尺寸薄膜型声学超材料复合结构低频宽带隔声性能研究EI北大核心CSCD

薄膜型声学超材料的提出与发展为使用轻薄结构有效解决低频噪声问题带来了希望。然而,受限于局域共振机理,单层的薄膜型声学超材料仅能够在极窄的频段范围内具备优异的低频隔声性能,很难满足舰船动力装备这类需要宽频段有效噪声的实际场景应用需求。通过将不同结构形式的多层薄膜型声学超材料进行复合,以期突破局域共振机理的窄带局限性,实现优异的低频宽带隔声性能。采用等效面密度概念,建立薄膜型声学超材料复合结构的隔声计算模型;基于双混响测试方法,开展多种复合方式的大尺寸薄膜型声学超材料复合结构的混响场激励隔声性能试验,验证隔声计算模型的有效性,比较并分析其低频宽带隔声性能。该研究工作为薄膜型声学超材料复合结构的隔声性能分析与实际工程应用提供一定参考价值。     

三维间隔连体织物复合材料力学性能

三维间隔连体织物复合材料是由纤维连续织造呈空芯结构的三维间隔连体编织物作增强体的新型轻质夹层结构 , 具有整体性、 轻质、 可设计、 低成本等特点。本文中对三维间隔连体织物复合材料增强体的结构特征进行了分析 , 考察了材料在平压、 剪切和三点弯曲载荷作用下的力学特性及破坏模式 , 并分析了织物结构参数对复合材料平压、 剪切、 三点弯曲性能的影响。结果表明 : 随芯柱高度的增加 , 材料的压缩强度和剪切强度降低 ,弯曲刚度增加; 随芯柱密度的增加 , 材料的压缩强度、 剪切强度和弯曲刚度都有大幅度的提高 , 且纬向剪切强度和弯曲刚度都大于经向。研究结果为该类材料的结构优化设计和性能分析奠定了重要基础。     

基于形状导数和水平基函数的复合材料层合结构拓扑优化

首次利用水平基物质分布函数推出域内积分与边界积分泛函的形状导数 , 建立了复合材料刚性连续结构拓扑优化设计理论的新模型。通过将形状导数和增广的 Lagrangian 乘子法相结合 , 提出了复合材料结构拓扑优化敏度分析的新方法。设计边界的进化是通过人为掌握目标函数下降的速度来控制。水平基函数的曲面在不改变拓扑结构的前提下上下运动 , 从而通过边界的合并与分离改变嵌入其中的零水平基面上设计构件的拓扑结果。广泛的 2D复合材料悬臂梁研究验证了本文中方法的有效性。      

蜂窝夹层结构真空袋共固化工艺过程实验研究

针对蜂窝夹层板的共固化工艺 , 以玻纤/环氧 648复合材料为面板 , 以 Nomex蜂窝为夹芯材料 , 采用真空袋法研究了树脂流动对胶瘤面积和面板孔隙缺陷的影响 , 并通过平拉强度的测试考察了胶接强度与胶瘤面积之间的关系。结果表明: 胶瘤面积随加压时机的推迟先增大后减小 , 并且下面板/芯材胶瘤面积要大于上面板/芯材胶瘤面积 ; 在树脂黏度变化的不同阶段 , 面板中的孔隙消除机制不同 , 并与密封袋内抽气通路的分布有关。力学测试结果发现 , 胶瘤面积的增大有利于平拉强度的提高 , 但当胶接强度超过蜂窝抗拉强度时 , 平拉强度的测试方法存在局限性。      

温度变化下复合材料层合板的试验模态分析

通过动力测试试验研究了环境条件变化对复合材料层合板振动特性的影响 , 这对于复合材料结构基于动力响应健康监测和振动控制系统设计使用的安全性具有重要意义。在不同温度条件下利用锤击以及激振器实验方法测定复合材料层合板的动力响应 , 采用随机子空间法 (SSI) 识别了其固有频率、 阻尼以及模态振型。研究结果表明 , 复合材料层合板结构固有频率及阻尼比与温度变化存在逆相关关系 , 而所识别的模态振型变化并没有非常清晰的相关关系。分析结果进一步表明 , 复合材料结构振动控制和健康监测系统设计过程中需要考虑上述影响。      

铜镀层复合材料的吸波性能

以2种织物材料为基材,采用化学镀铜的方法,进行铜镀层和吸波涂层复合材料的试验研究。分析了铜镀层的成分结构、织物种类、叠层顺序等因素对复合材料在9. 35 GHz下反射率的影响规律,并探讨了铜镀层对吸波特性的影响机制。研究表明,对于织物基材先涂敷吸波涂层再化学镀铜的复合结构,与未氧化的铜镀层相比,空气中氧化8天的铜镀层使无纺布吸波复合材料的反射率峰值由 - 11 dB降低至 - 13. 2 dB。对于织物基材先化学镀铜再涂敷吸波涂层的复合结构,40℃ 镀铜与常温镀铜相比,在反射率曲线峰值接近的情况下,吸波材料总厚度下降了约 1. 4 mm,说明铜镀层可用于改进吸波材料的微波吸收效果。      

Mechanical properties of hybrid fabrics in pultruded cement composites

This work concerns the tensile properties of cement-based hybrid composites manufactured as: (i) sandwich composites that combine different layers of single fabric types; and (ii) hybrid composites, made from several yarn types within the same fabric. Hybrid combinations of low-modulus fabrics of polyethylene (PE) or polypropylene (PP) and high-modulus AR glass or aramid fabrics were prepared by the pultrusion process and tested in tension. Influence of pultrusion direction on the results was one of the parameters studied. It was found that hybrid composites made from PE and AR glass sustain strains better than 100% AR glass composites, and are stronger than a single PE fabric composite. A hybrid fabric composites made with combination of high strength–high cost aramid and low stiffness–low cost PP yarns performed better than a single aramid fabric composite relative to their reinforcing volume contents. Results show that making hybrid composites is an attractive option for cement-based elements. The performance of hybrid fabric composites is also influenced by the arrangement of fabric layers in the laminates. Composites with brittle and relatively strong fabrics (glass) at the mid-section and ductile fabrics (PE) near the surfaces of the composite performed better in tension than composites with the opposite arrangement.     

炭纤维织物复合材料微结构超声成像方法

超声波在炭纤维织物复合材料中树脂囊界面声压反射系数可达 21 %,在层间界面的反射则与树脂层的厚度和声波频率有关,在缺陷界面则会产生绝对反射。研究了入射声波在织物复合材料内部树脂囊、编织纤维束和层间界面产生的声波反射信息,揭示织物复合材料内部铺层和层间界面微结构的三维分布特征。结果表明,采用高分辨率超声成像方法,可以较好地再现织物复合材料中的树脂囊和纤维束形状、取向、铺层方向及层间界面等三维分布特征,为织物复合材料提供一种有效的微结构表征和缺陷检测方法。