热环境对基础激励作用下纤维增强树脂基复合薄板振动特性的影响

采用理论与实际相结合的方式,研究了热环境对纤维增强树脂基复合薄板振动特性的影响。首先,建立了基础激励作用下纤维增强树脂基复合薄板在热环境中的解析模型,推导获得了固有频率、模态振型、振动响应及阻尼比的解析表达式,并给出了热环境下复合薄板振动特性的求解流程。然后,搭建了热环境下该类型复合薄板结构的振动测试系统,并以TC500碳纤维/树脂薄板为研究对象进行了实际测试。以相应的测试结果为例,研究发现,当温度从20℃上升到200℃时,复合薄板的模态振型基本不发生改变,固有频率降低幅度在2.3%~36.6%之间,振动响应幅值增大范围约为15.3%~58.4%,且阻尼性能也呈现增大的趋势,例如相对于常温下的阻尼结果,当温度上升到200℃时,其前6阶模态阻尼比的增大程度在13.9%~56.4%之间。另外,经过对比理论和测试获得的不同温度下的固有频率、模态振型、振动响应及阻尼结果可知,两者吻合较好,进而验证了解析分析方法及其结果的正确性。      

纤维增强聚合物基复合材料的低温性能

对纤维增强聚合物基复合材料在低温领域的实际应用进行了分类介绍,通过对纤维增强聚合物基复合材料的低温性能、性能影响因素和作用机理、低温应用安全性等方面的研究工作进行总结,突出各类纤维增强聚合物基复合材料低温下的性能优势,阐明了材料性能的不足之处及相应改进措施.对于实际低温应用中纤维增强聚合物基复合材料的选择、性能设计优化,系统安全性的增强提供了参考作用.     

湿热环境下纤维增强树脂基复合材料疲劳性能研究进展

纤维增强树脂基复合材料在航空航天航海等领域受到广泛应用,湿热环境下长时间循环载荷的作用是复合材料结构设计必须面对的问题,对复合材料结构的强度和刚度有显著的影响.本文首先简要介绍复合材料的水分扩散机理,阐述湿热环境对其力学性能的退化机制.然后着重介绍了湿热环境下纤维增强树脂基复合材料疲劳性能的研究进展,梳理了影响纤维增强...     

基于激光扫描法辨识热环境下纤维/树脂基复合材料损耗因子

提出了激光扫描法辨识热环境下纤维/树脂基复合材料损耗因子。首先,以该类型复合材料薄板试件为例,基于复模量法对其在热环境下的振动响应进行了理论求解;然后,建立了复合材料薄板的激光扫描框架模型,并在分别通过激光扫描法和复模量法获得其振动响应的基础上,利用最小二乘法构造响应相对误差函数,进而辨识获得热环境下纤维/树脂基复合材料在纤维各个方向的损耗因子。接着,在明确了热环境下复合材料损耗因子辨识原理的基础上,总结并概括出一套合理、规范的辨识流程。最后,搭建了基于激光扫描热环境下复合材料薄板振动测试系统,并以TC500碳纤维/树脂基薄板为研究对象,在常温到300℃的高温环境下对其前4阶共振响应进行了实际测试,并通过第1阶共振响应数据对损耗因子进行辨识。结果表明,在温度从常温上升到300℃时,纤维/树脂基复合材料的损耗因子呈现不断增大的趋势。另外,还将辨识出的100℃下对应的材料损耗因子代入到理论模型中,计算得到了复合材料薄板试件在该温度下的第2、3、4阶共振响应的理论结果,通过与相同温度下实验测试获得的第2、3、4阶共振响应进行对比可知,两者的偏差在1.4%~13.8%之间,进而验证了所提出的辨识方法的有效性和实用性。     

纤维增强聚合物基复合材料的回收与再资源化

综述了纤维增强聚合物与纤维材料的分离、回收和再资源化方法,并作简明展望.     

纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验国标与美标的对比解析

对纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验标准GB/T 1449-2005和ASTM D7264/D7264M-15从适用范围、原理、设备要求、跨厚比、试样尺寸、失效性判断等方面进行了对比分析,并分别依据两个标准对东丽T300-3k纤维增强环氧树脂复合材料进行了弯曲强度测试对比试验。结果表明:相比GB/T 1449-2005,ASTM D7264/D7264M-15对弯曲性能试验跨距、支座半径及失效性判断的规定更为合理、细致,GB/T 1449-2005缺少失效性判断,且规定的支座半径偏小;依据两个标准测得的弯曲强度平均值分别为927 MPa和966 MPa,变异系数分别为3.60%和3.78%,较低的变异系数说明两种方法均得到了十分稳定的测试数据,但较短的跨距使得依据GB/T 1449-2005测得的弯曲强度比依据ASTM D7264/D7264M-15测得的要低。     

纤维类型对纤维增强SiC基复合材料性能的影响

对比了采用先驱体浸渍法制备的三种不同纤维增强SiC基复合材料的性能差异,并从材料的微观结构特征入手分析了差异产生的原因。通过研究发现,采用Hi-Nicalon纤维增强的SiC基复合材料具有较好的性能,单向复合材料弯曲强度达到703.6 MPa, 断裂韧性达到23.1 MPa·m1/2;采用国产吉林碳纤维(JC)制备的SiC基复合材料也具有较好的性能,弯曲强度为501.1 MPa,断裂韧性为13.8 MPa·m1/2。      

热环境下纤维增强树脂复合薄壁圆柱壳的强迫振动响应

研究了热环境下纤维增强树脂复合薄壁圆柱壳强迫振动响应的理论求解方法。考虑了基础激励载荷的影响,并依托板壳理论、复弹性模量等方法,在确立了受热后材料与结构的本构关系、物理方程及能量方程基础上,建立了该类型纤维增强树脂复合薄壁圆柱壳在热环境下的理论模型。利用双向梁函数法表示振型函数,在引入比例阻尼的基础上,通过Ritz法和振型叠加法成功求解获得了频域振动响应。以TC300碳纤维/环氧树脂复合薄壁圆柱壳为研究对象,测试获得前3阶振动响应曲线。研究发现,相对于测试获得的前3阶共振响应结果,理论计算获得的共振响应误差最大不超过14.8%,验证了所提出的分析方法的正确性和有效性。      

纤维增强水泥薄板及其复合梁抗弯性能研究

实验研究了纤维对水泥基复合材料抗弯性能的影响.结果表明,聚乙烯醇(PVA)纤维增强挤压脱水成型板材在弯曲荷载作用下呈现多点开裂、应变硬化的特性,具有良好的延性,聚丙烯(PP)纤维增强挤压脱水成型板材呈应变软化的特性,木纤维增强挤压脱水成型板材则呈脆性破坏;与普通混凝土梁相比,冷浇和热浇纤维增强板-混凝土组合梁的抗弯强度...     

纤维增强复合薄板非线性内共振表征测试方法研究

提出了基于整数倍协调法的纤维增强复合薄板非线性内共振的表征测试方法。首先,为使复合薄板的前两阶固有频率呈现1：2、1：3等整数倍关系,基于该方法推导出复合薄板内共振固有频率的显示表达式,预先确定符合内共振形成条件的尺寸参数。然后,阐述了纤维增强复合薄板非线性内共振的表征测试原理,并总结概括出一套合理、规范的测试流程。最后,以TC300碳纤维/树脂基复合薄板作为研究对象,并对其1：2内共振现象进行了表征测试研究。结果表明,当以第二阶固有频率进行激励时,可发现该类型复合薄板1：2内共振的非线性振动能量传递行为。但随着激励幅度的增加,其低阶固有频率处的共振幅值相对于高阶固有频率处的共振幅值在逐渐减小,即内共振现象在逐渐减弱,其振动形态逐渐变为单倍周期运动。     

Benchmark solutions of stationary random vibration for rectangular thin plate based on discrete analytical method

This paper aims to accurately and efficiently achieve the benchmark solutions of stationary stochastic responses for rectangular thin plate. Firstly, the exact solutions of free vibration for thin plate with SSSS, SSSC, SCSC, SFSF, SSSF and SCSF boundary conditions are introduced to random vibration analysis. Based on pseudo excitation method (PEM), the analytical power spectral density (PSD) functions of the transverse deflection, velocity, acceleration and stress responses for thin plate under random base acceleration excitation are derived. Subsequently, to enhance computational efficiency, the discrete analytical method (DAM) that realizes the discretization for the modal coordinates and frequency domain is proposed. Finally, the efficiency of DAM and the accuracy of benchmark solutions are scrutinized by comparison with the analytical solutions and finite element solutions.     

基于傅里叶级数的缠绕复合材料刚度预测方法

采用傅里叶级数有关理论,根据缠绕复合材料内部细观结构的特点,建立了缠绕复合材料刚度预测模型。该模型将缠绕复合材料特征单元的刚度作为一个刚度场,利用二维傅里叶级数展开得到描述该刚度场的函数。算例的结果表明,本文中所建立的模型可以预测缠绕复合材料整体刚度特性,同时通过傅里叶级数各阶展开项的叠加可以反映材料内部细观结构对缠绕复合材料刚度特性的影响。      

铝合金薄板的铣削动力响应特性仿真与实验研究

铣削加工时铣削力周期性变化,引起的工件动态应力和应变对残余应力及振动有重要影响,明确铣削过程中的动力响应规律可以有效调控残余应力的产生与再分布。以铝合金工件为例,基于ABAQUS仿真软件建立了三维动态铣削仿真模型,获得了不同铣削时刻工件应力场的分布规律,分析了铣削不同位置时工件的动力响应特性。通过铣削实验测量了工件的动态应变和铣削力,并分析了加载频率对动力响应的影响。结果表明:铣削加工边缘时更易出现应力波峰和应力集中现象;不同加载频率下应变的波动频率恒定为267 Hz,应变波动的最大范围为40με;工件的动力响应与铣削位置紧密相关。     

基于三维梁理论的复合材料层合管等效抗弯刚度

针对任意铺层形式和任意壁厚复合材料圆形层合管件,提出一种等效抗弯刚度的计算方法。此方法采用符合复合材料圆形管件梁真实变形的变形理论,考虑横向剪切变形,非均匀扭转效应,主、次挠曲效应和层合材料的三维弹性效应,按照壳壁中实际应力状态,建立了复合材料圆形管件等效抗弯刚度的计算模型。通过与4种铺层管件的三点弯曲实验结果以及经典层合板理论计算的等效抗弯刚度进行对比,验证了计算模型的正确性。通过退化与各向同性材料抗弯刚度的计算方法进行对比,分析了计算模型的适用性。      

双组元液体动力环境下3D C/SiC复合材料喷管烧蚀性能

为明确C/SiC陶瓷基复合材料喷管在液体火箭发动机工作环境的烧蚀特性,采用先驱体浸渍-裂解（PIP）工艺制备得到3D C/SiC复合材料喷管,并对喷管进行多种工况环境下的地面热试车烧蚀考核。结果表明：制备得到的3D C/SiC复合材料喷管能够满足液体火箭发动机多种工况环境下抗烧蚀性能要求,喷管喉部线烧蚀率约为3.92×10^-4 mm/s;热试车烧蚀实验后喷管入口圆柱段、收敛段、喉部及扩张段外型面均残留有大量白色物质SiO₂,喉部局部出现烧蚀坑洞现象;C/SiC复合材料液体火箭发动机工作环境下的烧蚀机理为机械冲刷烧蚀和氧化烧蚀。     

Linearized buckling analysis of isotropic and composite beam-columns by Carrera Unified Formulation and dynamic stiffness method

Abstract

This article introduces a one-dimensional (1D) higher-order exact formulation for linearized buckling analysis of beam-columns. The Carrera Unified Formulation (CUF) is utilized and the displacement field is expressed as a generic N-order expansion of the generalized unknown displacement field. The principle of virtual displacements is invoked along with CUF to derive the governing equations and the associated natural boundary conditions in terms of fundamental nuclei, which can be systematically expanded according to N by exploiting an extensive index notation. After the closed form solution of the N-order beam-column element is sought, an exact dynamic stiffness (DS) matrix is derived by relating the amplitudes of the loads to those of the responses. The global DS matrix is finally processed through the application of the Wittrick-Williams algorithm to extract the buckling loads of the structure. Isotropic solid and thin-walled cross-section beams as well as laminated composite structures are analyzed in this article. The validity of the formulation and its broad range of applicability are demonstrated through comparisons of results from the literature and by using commercial finite element codes.     

边界阻尼力对复合材料层合板主参激共振的影响

结合经典层合板理论与von Kármán理论并利用Galerkin截断,获得受面内激励具边界阻尼力的四边铰支正交对称铺设矩形层合薄板的动力学控制方程。基于多尺度法,形成了确定性激励下系统主参激共振的近似解析形式,结果表明:系统平凡响应不稳定区间带宽只与线性阻尼及激励幅值有关,而边界阻尼力的大幅增加可有效减小主参激共振时非平凡响应的幅值及共振频率范围。随后,将确定性激励扩展为窄带随机激励,结合所得Foker-Planck-Kolmogorov方程并采用有限差分法,数值分析了系统稳态响应在平凡与非平凡解支间的随机跳跃现象,结果表明:微小的边界阻尼力增量,将导致系统的稳态响应从非平凡解支跳向平凡解支。