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。     

黏弹阻尼层共固化复合材料不同温度下的阻尼性能

采用共固化工艺制备了以丁腈橡胶为黏弹性阻尼层的复合材料 , 应用动态机械分析仪(DMA)测定了该材料损耗因子的温度谱 , 并对不同温度环境下该材料的阻尼性能和阻尼机制进行了分析。结果表明 : 当温度处于阻尼层玻璃态和高弹态区时 , 共固化复合材料损耗因子较小且随温度变化不大 ; 当温度处于阻尼层黏流态区时 ,共固化复合材料的损耗因子迅速增加到最大值后变小 , 最大损耗因子为 19. 2 % , 约为未插入黏弹阻尼层复合材料的 13倍; 共固化过程中阻尼层损耗因子的减小 , 使共固化复合材料的阻尼性能降低 , 并在阻尼层的黏流态区其损耗因子明显小于预报结果 ; 界面阻尼的影响提高了共固化复合材料的阻尼性能 , 并在阻尼层的玻璃态区其损耗因子大于预报结果。      

嵌入式共固化复合材料阻尼结构隔声性能实验研究

本文使用丁基橡胶作为粘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。然后使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,隔声量对构件阻尼层厚度的变化已不再敏感,主要由于刚度的提高,使得试件的隔声性能有所提高。所以,试图通过提高嵌入式共固化复合材料阻尼层的厚度来增大隔声量是不合适的。     

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坚实的基础。     

结构阻尼复合材料热老化性能研究

结构阻尼复合材料具有高比强度、高比模量、高阻尼等特性,用于船舶领域具有减振降噪的优良特性。为了研究结构阻尼复合材料在热环境下性能演变规律,本研究以玻纤复合材料及共固化阻尼改性的结构阻尼复合材料为研究对象,开展了结构阻尼复合材料力学性能、阻尼性能,及其耐湿热老化性能研究。研究发现:经阻尼处理后,复合材料的阻尼性能提高了1倍;短时热老化试验,对阻尼复合材料的力学和阻尼性能影响较小;通过长期热老化试验并根据阿伦尼乌斯方程,建立了结构阻尼复合材料的寿命方程,并推算出其最高使用温度为82.1℃,满足预期使用需求。     

多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构动力学性能

为大幅度地提高复合材料结构动力学性能,首先提出了新型多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构,并按照玻璃纤维/环氧(5231/EW180B)预浸料固化工艺曲线将其制成嵌入式中温共固化多层阻尼薄膜复合材料试件;然后,探索使用模态应变能有限元数值模拟法对该结构的动力学性能进行了研究;最后,将结果与模态分析实验数据进行对比,并获得了多层阻尼薄膜嵌入的共固化复合材料结构模态参数随阻尼层的厚度、数量、位置和分布的变化关系。结果表明:多层阻尼薄膜嵌入的复合材料结构能显著提高整体结构的一阶模态损耗因子。研究结果为轻质大阻尼复合材料结构设计理论和制作工艺的进一步研究奠定了基础。     

嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构层间结合性能

使用正交实验法, 研制出满足嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构制作工艺要求的黏弹性材料组分, 提出使用刷涂工艺代替压片工艺制备黏弹性材料薄膜, 并对两种工艺制备的碳纤维/双马来酰亚胺(T300/QY8911)复合材料试件进行层间剪切测试, 获得了薄膜厚度与层间最大剪切应力的变化关系, 实验数据表明: 刷涂工艺能提高嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构层间结合性能10%以上, 而且阻尼层越薄, 提高幅度越大; 失效表面证明: 刷涂工艺所制得试件能在阻尼薄膜与复合材料界面间形成互穿网络结构。     

嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构层间结合性能

使用正交实验法,研制出满足嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构制作工艺要求的黏弹性材料组分,提出使用刷涂工艺代替压片工艺制备黏弹性材料薄膜,并对两种工艺制备的碳纤维/双马来酰亚胺(T300/QY8911)复合材料试件进行层间剪切测试,获得了薄膜厚度与层间最大剪切应力的变化关系,实验数据表明:刷涂工艺能提高嵌入式高温共固化复合材料阻尼结构层间结合性能10％以上,而且阻尼层越薄,提高幅度越大;失效表面证明:刷涂工艺所制得试件能在阻尼薄膜与复合材料界面间形成互穿网络结构.     

穿孔纤维增强阻尼复合材料梁的振动分析

为了研究嵌入式共固化穿孔纤维增强阻尼复合材料梁在简支边界条件下的动力学性能，依据1阶剪切变形理论、Hamilton原理和Navier解形式，建立并求解了共固化穿孔阻尼复合材料梁的自由振动理论模型。制作穿孔阻尼复合材料梁试件并搭建试验平台，运用软件ANSYS数值模拟和软件MATLAB理论仿真分析方法验证了该理论模型和方法的有效性，并用验证的理论模型和方法分别研究了设计参数对嵌入式共固化穿孔纤维增强阻尼复合材料梁动力学性能的影响规律。该模型和方法对嵌入式共固化非连续阻尼复合材料结构的研究提供理论依据，为结构的设计与制造提供了参考。     

粘弹阻尼层共固化复合材料的阻尼特征分析

利用动态力学热分析技术(DMTA)测试了粘弹性阻尼材料在与复合材料共固化前后的动态力学性能,并利用有限元分析方法考察了复合材料共固化、粘弹性阻尼层的厚度以及复合材料柔性层对共固化复合材料的阻尼特征的影响.结果表明,复合材料共固化过程中由于树脂渗透等原因,共固化复合材料的阻尼峰值仅为理想状态的54%左右且阻尼峰值所对应的温度向高温方向移动;增加粘弹性阻尼层的厚度以及在阻尼层附近插入柔性层不仅可以提高粘弹阻尼层共固化复合材料的阻尼峰值,而且可拓宽共固化复合材料的阻尼温域.     

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。     

共固化阻尼复合材料研究进展

文中综述了共固化阻尼复合材料结构近年来的研究成果,包括共固化阻尼复合材料结构的共固化工艺类型、黏弹性阻尼材料的选择范围,并对阻尼薄膜的制作工艺、阻尼薄膜的结构以及处理方式行了概括。此外,对环氧树脂基与双马树脂基共固化阻尼复合材料的实验方法、数值模拟及理论分析做了总结,最后对共固化阻尼复合材料结构存在的不足及未来的发展趋势进行了展望。提出未来应用中需要继续研究解决的问题,以上工作对于深入探索大阻尼高刚度复合材料构件具有一定的参考意义。     

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

该文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的粘弹性层穿孔布局进行优化,目标是在增大结构阻尼的同时尽量减少结构的刚度损失。研究结果表明：在不考虑复合材料穿孔阻尼层面积比变化对阻尼和刚度的敏感度时,最优方案是穿孔直径为2mm,孔距为9.90mm,此时阻尼层面积比为96.8%;在考虑复合材料穿孔阻尼层面积比变化对阻尼和刚度的敏感度时,最优方案是穿孔直径为2mm,孔距为9.06mm,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吸湿处理后的层间结合性能

采用压片工艺和刷涂工艺制备了碳纤维/双马来酰亚胺(T300/QY8911)嵌入式共固化复合材料阻尼结构(ECCDS)试件。对T300/QY8911复合材料阻尼结构试件的吸湿特性进行了研究,获得了吸湿率与阻尼层厚度的关系;对两种工艺制备的复合材料吸湿处理后的层间结合性能进行了研究,分析了阻尼层厚度与层间最大剪切应力的关系。结果表明:含穿孔黏弹性阻尼层的ECCDS能明显提高吸湿处理后的层间结合性能,为ECCDS的理论设计和应用研究奠定了基础。     

Dynamic analysis and damping of composite structures embedded with viscoelastic layers

In recent years, it has been found that composites co-cured with viscoelastic materials can enhance the damping capacity of a composite structural system with little reduction in stiffness and strength. Because of the anisotropy of the constraining layers, the damping mechanism of co-cured composites is quite different from that of conventional structures with metal constraining layers. This paper presents an analysis of the dynamic properties of multiple damping layer, laminated composite beams with anisotropic stiffness layers, by means of the finite element-based modal strain energy method. ANSYS 4.4A finite element software has been used for this study. The variation of resonance frequencies and modal loss factors of various beam samples with temperature is studied. Some of these results are compared with the closed-form theoretical results of an earlier published work. For obtaining optimium dynamic properties, the effects of different parameters, such as layer orientation angle and compliant layering, are studied. Also, the effect of using a combination of different damping materials in the system for obtaining stable damping properties over a wide temperature range is studied.     

嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构动力学性能分析

建立嵌入式共固化穿孔阻尼层复合材料结构（ECPDLCS）的有限元模型（FEM）,提出用改进的应变能法分析该穿孔结构的阻尼损耗因子,模态分析实验验证了文中数值模拟模型和方法的有效性。用验证的模型和方法分别研究了阻尼层厚度、穿孔孔径和孔距对整体结构模态损耗因子和频率的影响,以及在阻尼层面积比相同的情况下,孔径和孔距的分布与复合材料整体结构动力学性能的关系。结果表明：增加阻尼层厚度、减小阻尼层穿孔孔径和孔距,均有利于增大模态损耗因子,但结构固有频率则会有不同程度地降低;在相同面积比的情况下,损耗因子随着孔距和孔径的增加而增加,而固有频率则随之降低。文中的模型和方法对ECPDLCS的动力学性能理论预估具有重要的指导意义。