变角度纤维复合材料环扇形层合板的自由振动分析
发布时间：2021-08-22 08:45
与传统的直线纤维增强复合材料相比,变角度纤维复合材料具有更强的可设计性,为改善结构性能提供了更大的可能.鉴于此,本文将研究纤维的变角度铺设对复合材料环扇形层合板的自振频率及振动模态的影响.假设纤维的方向角沿环扇形板的径向线性变化,基于经典的层合板理论,采用微分求积法获得了环扇形层合板自由振动问题的数值解.通过与现有文献及ABAQUS有限元结果的比较验证了本文模型及方法的正确性和收敛性,并详细分析了纤维起始角和终止角的变化对层合板的自振频率及振动模态的影响.研究结果表明:与常刚度层合板相比,变角度纤维复合材料层合板的基频具有更大的调整空间,通过合理选择纤维起始角和终止角可有效提高层合板的基频.研究结果可为该种新型复合材料结构的优化设计提供一定的参考.
【文章来源】：力学季刊. 2020,41(02)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
变角度纤维复合材料环扇形板Fig.1AnannularsectorplatewithVATcomposite
284力学季刊第41卷此说明了微分求积法具有较高的计算效率．表3变角度纤维复合材料环扇形层合板的前三阶自振频率的比较Tab.3ComparisonofthefirstthreenaturalfrequenciesofannularsectorlaminatewithVATcompositeCCCCSSSSCSCSABAQUSPresentErrorABAQUSPresentErrorABAQUSPresentError114.4314.35-0.6%8.017.95-0.8%14.0914.01-0.6%218.6718.881.1%12.5812.932.8%17.8717.75-0.7%325.0825.531.8%18.8219.252.3%22.9723.432.0%Note:Error=(Present-ABAQUS)/ABAQUS3.2纤维方向角的变化对自振频率的影响算例4：研究纤维起始角0T和终止角1T的不同对变角570168度纤维复合材料环扇形层合板的基频的影响．取环扇形层合板的外径为1mor，内、外半径比为/0.5iorr，圆心角为30．层合板有8个等厚度的单层板组成，总厚度为h0.01m，铺层为012[|]sTT，单层板的材料性能为[1]：1E173GPa，2E7.2GPa，12G3.76GPa，120.29，1540kg/m3．计算得到层合板的基频并与常刚度层合板进行对比，结果如图2所示．(a)CCCC(b)SSSS(c)SCSC图2不同边界条件下变角度纤维层合板的基频随起始角和终止角的变化Fig.2VariationofnaturalfrequencywithstartandendanglesofVATlaminateunderthreeboundaryconditions
第2期王洋，等：变角度纤维复合材料环扇形层合板的自由振动分析285图2中虚线表示常刚度层合板的结果．从图2可以看出，无论边界条件如何，变角度纤维复合材料层合板的基频均随着纤维起始角和终止角的变化而变化，与常刚度层合板相比，在目标频率下其基频具有更大的调整空间，例如：径向和环向均固支的层合板，30铺层的常刚度板的无量纲基频为30.3，而通过改变起始角从0到90、终止角为30时，变角度复合材料层合板的无量纲基频可从28.6变化到34.8，由此可见，通过选择纤维起始角和终止角可合理调整或有效提高层合板的基频．图3给出了铺层为2[30|0]s和2[30|60]s的变角度纤维复合材料板以及铺层为01TT30的常刚度板在环向简支径向固支(SCSC)时的前三阶振动模态．由图3可知，不同的纤维起始角和终止角对环扇形层合板的一阶振型的影响较小，而对高阶振型的影响较大．2[30|0]s01TT302[30|60]s(a)FirstMode2[30|0]s01TT302[30|60]s(b)SecondMode2[30|0]s01TT302[30|60]s(c)ThirdMode图3不同铺层下复合材料环扇形板的振动模态Fig.3Vibrationmodesofannularsectorlaminateswithdifferentlayups
本文编号：3357417
【文章来源】：力学季刊. 2020,41(02)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
变角度纤维复合材料环扇形板Fig.1AnannularsectorplatewithVATcomposite
284力学季刊第41卷此说明了微分求积法具有较高的计算效率．表3变角度纤维复合材料环扇形层合板的前三阶自振频率的比较Tab.3ComparisonofthefirstthreenaturalfrequenciesofannularsectorlaminatewithVATcompositeCCCCSSSSCSCSABAQUSPresentErrorABAQUSPresentErrorABAQUSPresentError114.4314.35-0.6%8.017.95-0.8%14.0914.01-0.6%218.6718.881.1%12.5812.932.8%17.8717.75-0.7%325.0825.531.8%18.8219.252.3%22.9723.432.0%Note:Error=(Present-ABAQUS)/ABAQUS3.2纤维方向角的变化对自振频率的影响算例4：研究纤维起始角0T和终止角1T的不同对变角570168度纤维复合材料环扇形层合板的基频的影响．取环扇形层合板的外径为1mor，内、外半径比为/0.5iorr，圆心角为30．层合板有8个等厚度的单层板组成，总厚度为h0.01m，铺层为012[|]sTT，单层板的材料性能为[1]：1E173GPa，2E7.2GPa，12G3.76GPa，120.29，1540kg/m3．计算得到层合板的基频并与常刚度层合板进行对比，结果如图2所示．(a)CCCC(b)SSSS(c)SCSC图2不同边界条件下变角度纤维层合板的基频随起始角和终止角的变化Fig.2VariationofnaturalfrequencywithstartandendanglesofVATlaminateunderthreeboundaryconditions
第2期王洋，等：变角度纤维复合材料环扇形层合板的自由振动分析285图2中虚线表示常刚度层合板的结果．从图2可以看出，无论边界条件如何，变角度纤维复合材料层合板的基频均随着纤维起始角和终止角的变化而变化，与常刚度层合板相比，在目标频率下其基频具有更大的调整空间，例如：径向和环向均固支的层合板，30铺层的常刚度板的无量纲基频为30.3，而通过改变起始角从0到90、终止角为30时，变角度复合材料层合板的无量纲基频可从28.6变化到34.8，由此可见，通过选择纤维起始角和终止角可合理调整或有效提高层合板的基频．图3给出了铺层为2[30|0]s和2[30|60]s的变角度纤维复合材料板以及铺层为01TT30的常刚度板在环向简支径向固支(SCSC)时的前三阶振动模态．由图3可知，不同的纤维起始角和终止角对环扇形层合板的一阶振型的影响较小，而对高阶振型的影响较大．2[30|0]s01TT302[30|60]s(a)FirstMode2[30|0]s01TT302[30|60]s(b)SecondMode2[30|0]s01TT302[30|60]s(c)ThirdMode图3不同铺层下复合材料环扇形板的振动模态Fig.3Vibrationmodesofannularsectorlaminateswithdifferentlayups
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