复合材料有序多孔结构阻尼机理及振动控制

发布时间：2020-06-22 07:12

【摘要】：作为一种划时代的机械超材料,负泊松比结构被国内外学者广泛研究。目前,有关负泊松比结构的设计制备、缓冲吸能、基本力学性能表征等方面的研究工作大量涌现,但对于该类结构阻尼减振性能的研究仍然处于探索阶段而鲜见报道。本文设计了二维和三维的双箭头型夹芯圆柱壳结构、双箭头型夹芯圆柱筒结构以及双箭头型负泊松比减振方柱结构、六边形内凹蜂窝负泊松比减振方柱结构、双箭头型负泊松比减振圆环柱结构和六边形内凹蜂窝负泊松比减振圆环柱结构,通过基于模态应变能法的有限元方法分析其基本振动特性,探究其阻尼机理。为设计减振性能优良的曲面机械超材料结构和减振结构提供指导和技术支撑。主要包括一下内容:首先,采用二次热压成型法制备复合材料圆弧曲面壳、轴向波纹曲面壳和轴向波纹曲面筒结构,然后对其进行模态试验和有限元数值仿真。试验结果和有限元数值结果一致性良好,验证了有限元模型的准确性,为第三、四章研究双箭头夹芯圆柱壳体结构和负泊松比减振柱结构提供有限元数值模拟方法。然后,设计了二维双箭头圆柱夹芯壳、二维双箭头圆柱夹芯筒、三维双箭头圆柱夹芯壳、三维双箭头圆柱夹芯筒四类结构,利用有限元软件结合模态应变能方法得出结构模态振型、固有频率和阻尼损耗因子,通过分析每种结构各阶阻尼贡献因子探究其阻尼减振机理,并与相对应的传统结构进行对比研究。二维双箭头纵向夹芯筒的阻尼损耗因子在2.0以上,而二维双箭头环向波纹夹芯筒阻尼损耗因子在2.5以上,每阶都较前者稍大,整体都随频率增加呈上升趋势,是一类合理高效的阻尼减振曲面结构。最后,设计了二维双箭头型阻尼减振方柱结构、六边形内凹蜂窝阻尼减振方柱结构、二维双箭头型阻尼减振圆环柱结构和六边形内凹蜂窝阻尼减振圆环柱结构,利用ABAQUS有限元软件结合模态应变能方法得出结构模态振型、固有频率和阻尼损耗因子,通过分析每种结构的阻尼贡献因子探究其阻尼减振机理。分析不同特征角度配置对每种结构的基本振动特性和阻尼机理的影响。四种结构减振耗能性能均较好,但相比而言,75?内凹角的二维内凹蜂窝减振方柱结构固有频率较大,阻尼性能也较好,其第六阶损耗因子到达了2.91的高值。此结构为剪切变形主导的减振结构,可以获得更大的阻尼损耗因子,是一种高阻尼的减振高效能机械超材料结构。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

关系图,传统材料,阻尼系数,刚度

第1章绪论景及研究目的和意义复合材料结构兼具低相对密度、抗爆性好、强度高、吸波降噪等多功能于一体，随着航空航天装备日化以及多用途化的发展趋势，机械装备服役时所产问题日渐凸显。因此，在装备结构设计工作中应将要一环。问题的一般有效手段是选择高阻尼材料对结构进行亦会产生不利影响。Lakes[1]对常用材料的刚度阻尼总结，并绘制如图 1-1 所示的分析图。通过分析各置关系，我们不难得出结论，传统阻尼复合材料很性能，这就使得结构的高承载能力和减振降噪性能阻尼机理、设计结构-阻尼一体化的复合材料有序多振降噪设计工作的重中之重。

几何形状,多孔夹,夹芯结构

复合材料等可将振动机械能转化为磁能，这些能量的转换也将使结构振动一定控制。2.2 有序多孔结构基本力学性能研究六边形蜂窝夹芯结构、金字塔型点阵夹芯结构等轻质传统结构已在结构设计中被大量使用[7-9]。其中，多边形格栅结构和点阵桁架夹芯结构[10-11承载能力优异，它的高孔隙特征为实行兼具阻尼减振、降噪吸能和可控热等结构-功能一体化设计提供了可能性，因此成为了国内外学者公认的划轻质高强多功能结构[12-17]。按照拓扑关系，此类结构主要分为格栅夹芯结构和点阵夹芯结构两大类几何形状又细分为三角形、六边形、Kagome、3D-Kagome、金字塔、四、钻石型等多种几何构型[7-8]，如图 1-2 所示。近半个世纪以来，众多学于理论公式、有限元仿真和实验测试等方法对纷繁复杂的新型轻质夹芯结行了大量设计制备及基本力学性能的研究工作，涉及的研究方向繁多，例压、弯曲、冲击、振动等[18-27]。

【参考文献】