平纹织物复合材料的振动能量耗散以及阻尼分析

平纹织物复合材料由于编织结构的特点，对于振动能量有一定的衰减作用．交织纤维束相互间的阻滞作用以及聚合物基体的粘弹性质都会耗损一部分振动能量．本文应用能量原理和阻尼分析的方法解决了平纹织物复合材料的复杂结构损耗因子的计算问题．     

碳纤维织物/环氧复合材料油润滑下摩擦学性能

采用半干法制备碳纤维织物增强环氧树脂基自润滑复合材料,研究钢背衬复合材料与45钢在环-环端面浸油润滑状态下的摩擦学特性,考查载荷、速度和碳织物类型对复合材料摩擦磨损性能的影响,并采用扫描电子显微镜对复合材料及偶件磨损表面进行观察与分析.结果表明:轻载高速启动可显著提高单向碳织物/环氧复合材料的摩擦磨损性能,边界润滑状态下的碳织物/环氧复合材料主要表现出黏着磨损特性,对偶钢环上出现的网状转移膜大大改善了材料的摩擦学性能;平纹碳织物/环氧复合材料因表面织物纹理使得润滑油能深入到摩擦表面各区域,在重载下表现出较低的摩擦系数.     

织物顶出测试中纱线应力传递模型的拉曼研究

弹头侵彻织物过程中的载荷传递是冲击能量耗散的重要途径,有必要从细观尺度上研究纱线上的应力传递行为。本文使用微拉曼光谱法测量了织物离面顶出测试中的纱线应力分布,建立了相应的纱线应力传递模型。针对周边固支的Kevlar 49芳纶纤维平纹织物受中心加载实验,拉曼测试显示出织物存在十字形的高应力分布,主纱是载荷传递的主要路径,辅纱是传递主纱载荷的次要路径,理论模型预测的纱线应力分布符合实验测量趋势。上述工作有利于进一步探讨柔性防弹织物的能量吸收机制。     

复合材料层合板在动集中力作用下的结构声强特性

本文研究了复合材料正交异性层合板在动集中力作用下的结构声强特性。应用MSC/-NASTRAN商业软件计算了复合材料正交异性层合板在动集中力作用下各单元的内力和速度,再应用MATLAB软件得出复合材料层合板的结构声强。算例表明,复合材料正交异性层合板的结构声强流线图与各向同性板存在明显不同的特性。复合材料正交异性层合板的结构声强流线图受边界条件、层合板叠层顺序和层数的影响。从结构声强向量图和流线图可获得关于能量传递路径、源位置和能量汇合点的许多信息。进一步,结构振动产生的噪声可根据上述信息加以控制。     

小波分析在复合材料层合结构损伤检测中的应用

利用小波变换技术，研究了含裂纹悬臂复合材料层合结构的损伤振动检测问题。用小波分析技术分解完好板与损伤板在方波信号激励下的动力响应信号，得到一系列子信号，并从中提取出结构损伤信息一响应信号能量谱，作为损伤特征参数。     

水解／接枝处理诺梅克斯纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用水解／接枝处理制备出Nomex纤维织物复合材料，用红外光谱仪分析处理前后纤维织物的结构，在玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机上评价了水解／接枝处理Nomex纤维织物复合材料的常温和高温摩擦磨损性能，用扫描电子显微镜观察Nomex纤维织物复合材料界面及其磨损表面形貌．结果表明：经过水解／接枝处理后，在Nomex纤维织物表面引入活性羧基基团，增加Nomex纤维织物的活性，使Nomex纤维织物与粘结树脂的结合力有所增加；水解／接枝处理前后Nomex纤维织物复合材料的磨损分为2个阶段，即严重磨损阶段和稳定磨损阶段，当载荷较低时，由严重磨损向稳定磨损的转化发生在摩擦前10min，当载荷较高时，复合材料一直停留于严重的磨损阶段，直到材料磨穿失效；水解／接枝处理明显提高了Nomex纤维织物复合材料的摩擦磨损性能和最大承载能力．     

热环境下复合材料壁板的振动特性分析

针对飞行器中常见的壁板结构,运用能量原理和变分方法,建立了定常温度场下复合材料壁板振动的控制方程以及相应的有限元分析模型。分析了热环境对壁板振动特性影响的机理,同时提出了一种针对热环境下复合材料壁板振动特性分析的线性化计算方法。采用这种方法,热环境的影响以一个热刚度项和一个热载荷项的形式出现在常温下的振动运动方程中,由此可以较准确地模拟热效应对结构振动特性的影响。通过对热环境下复合材料壁板振动固有特性数值分析结果的对比,验证了本文方法的可行性和计算精度。同时分析结果表明,热效应产生的诱导应力对结构刚度的影响是导致壁板固有振动频率降低的主要原因。     

复合材料圆柱壳失稳载荷的振动监测

本文根据结构振动与稳定性的相关性，以振动频率测试值作为监控参数进行了复合材料圆柱壳的失稳状态监测。该方法首先利用模态试验，测量得到了复合材料圆柱壳在轴压和外压栽荷作用下的模态特性变化特性，进而利用一阶固有频率在低载荷下的这种变化特性，采用多项式拟合法，无损预估了复合材料圆柱壳的轴压和外压屈曲栽荷，估计值与试验测试结果比较一致。     

复合材料导向叶片的结构与材料一体化优化设计

将材料细观结构优化和宏观结构优化结合起来,从结构与材料两个尺度出发,发展复合材料导向叶片的结构与材料一体化优化设计方法。在建立平纹编织复合材料细观结构分析模型的基础上,采用细观力学有限元法进行材料刚度性能预测,热-固耦合分析方法进行涡轮导向叶片结构分析。同时以细观结构参数和宏观结构参数为设计变量,以叶片质量最小为优化目标,并要求满足应力和位移方面的约束,进行编织复合材料导向叶片的结构与材料一体化优化设计。     

HNO3/H2SO4氧化改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

采用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了HNO3/H2SO4混合酸氧化改性炭纤维织物复合材料的摩擦磨损性能;采用傅立叶红外光谱仪、万能材料试验机和扫描电子显微镜分析了氧化改性前后炭纤维织物复合材料的化学结构、力学性能和磨损表面形貌.结果表明:HNO3/H2SO4混合酸氧化改性明显提高了炭纤维织物复合材料的减摩耐磨性能和承载能力,使炭纤维织物复合材料的承载能力提高了60%、磨损率降低了65.9%;炭纤维织物复合材料在高温下的摩擦磨损性能明显优于常温下的摩擦磨损性能,氧化改性后炭纤维织物复合材料的高温摩擦磨损性能明显优于未改性炭纤维复合材料.其原因在于混合酸氧化改性使炭纤维表面产生了活性基团,增强了炭纤维织物与胶粘剂的粘结力,从而提高了炭纤维织物复合材料的减摩抗磨性能.     

复合材料层合板弯曲振动模态阻尼计算方法

本文给出了利用复合材料层合薄板试样弯曲振动测得的正轴方向的３个阻尼系数φ１，φ２，φ１２来计算实际的复合材料层合板结构弯曲振动的各阶模态阻尼的方法     

基于能量准则的板振动控制的LQR法

针对压电层合结构振动的主动控制问题，为了优化控制效果，本文基于现代控制理论提出了选用结构振动能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR法。首先，按能量准则推导了控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)的理论计算公式，为权系数矩阵的选取提供了一定的理论依据。然后，运用该算法，分析了压电层合板受到初始位移激励和冲击载荷作用下的控制过程，用Matlab进行系统仿真，得到了板中心点的位移和控制电压大小随时间变化的曲线。数值模拟的结果表明，该方法能达到更有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的，与一般的LQR控制方法相比，能满足系统多方面的设计要求且控制效果更优，从而验证了该LQR方法运用到结构振动主动控制中的可行性。     

智能复合材料结构振动控制力学模型

介绍了在航空，航天等高技术在领域中柔性结构振动衰减控制９０年代初期新兴的智能复合材料结构技术及应用发展前景，对一个具有应用背景的双压电片复合材料层合板帆板结构的振动衰减控制系统人出了数学模型，导出了压电传感器／激振器的输出／输入方程，进行了最优控制算法数值仿真，结果表明，其控制效果是显著的。     

不同温度力下无缝线路钢轨振动特性分析

根据能量法和Timoshenko梁理论,运用振型叠加法建立轴向载荷作用下无缝线路钢轨谐响应有限元模型,分析了不同温度力作用对轨道结构钢轨振动特性的影响。在理论分析的基础上,通过建立实验模型对不同温度力作用下轨道结构钢轨振动特性进行了实验研究,并与理论分析进行了对比。结果表明所建立的理论模型能够比较全面地反映无缝线路结构在温度力作用下的主要振动特征,对应用振动特性来研究无缝线路的温度力和预测其安全可靠性有一定的指导作用。     

平面织物复合材料机械性能的数值细观力学分析

本文根据应变能等效原理,利用有限元分析方法,处理了单层平面织物复合材料弹性性质的细观力学估算问题.建立了平面织物增强树脂的单方向波纹模型,对于织物的结构,组分性质与复合材料的宏观性能的关系作了系统处理.给出了一组较完整的平面织物复合材料单层弹性常数的估算结果,数值予告与实验结果比较,表明文中所提出的方法是有效的,并且可以进一步用它来考虑更为完善的平面织物复合材料二维波纹模型的分析.     

基于局域共振声子晶体结构的低频振动能量回收研究

通过对局域共振型声子晶体的带隙机理及其对能量的局域化作用的分析,提出了一种用于回收环境低频振动能量的新型局域共振结构,并结合有限元方法对此新型结构的振动特性和能量回收能力进行了分析和研究。根据结构的共振模态和“质量-弹簧”系统简化模型,改变结构的材料和几何尺寸可以使结构的前7阶共振频率降到50~250Hz的低频范围。在此基础上发展了一种低频宽带多核结构,在250Hz以下拥有几十甚至更多的共振频率,最低频率低至20Hz,进一步优化了结构的低频宽带共振特性。利用有限元软件对有限结构的频率响应和压电特性进行分析,证实了新型局域共振结构的对环境中低频振动能量的回收能力,并满足了环境振动能量回收的宽带要求。该结构可以应用于各种便携式设备、无线传感器和微机电等自供电系统中,从低频振动环境中的获取能量为自身供电。     

平纹机织碳纤维复合材料的多尺度随机力学性能预测研究

平纹机织碳纤维复合材料在结构上具有多尺度特性和空间随机性. 同时, 组分材料会因存储条件和组成相成分、批次的不同导致力学性能有所差异. 当考虑各尺度结构和组分性能参数不确定性进行随机力学性能预测时, 存在以下两个难点: 一是随机变量众多, 使得对不确定性传递方法的精度和效率提出了要求; 二是由于随机参数之间存在高维相关性, 需要建立高精度的相关性模型. 针对以上问题, 本文提出了基于混沌多项式展开和Vine Copula的平纹机织复合材料多尺度随机力学性能预测方法, 综合考虑了平纹机织碳纤维复合材料微观及介观尺度的材料、结构随机参数, 基于自下而上层级传递的策略逐尺度地研究力学性能不确定性. 该方法采用Vine Copula理论构造相关随机变量的高维联合概率分布, 并运用非嵌入式混沌多项式展开法实现不确定性传递. 结果显示, 本方法构造的相关性模型几乎与原模型一致, 且能够高效准确地实现各尺度力学性能的随机预测.      

平纹机织碳纤维复合材料的多尺度随机力学性能预测研究

平纹机织碳纤维复合材料在结构上具有多尺度特性和空间随机性.同时,组分材料会因存储条件和组成相成分、批次的不同导致力学性能有所差异.当考虑各尺度结构和组分性能参数不确定性进行随机力学性能预测时,存在以下两个难点:一是随机变量众多,使得对不确定性传递方法的精度和效率提出了要求;二是由于随机参数之间存在高维相关性,需要建立高精度的相关性模型.针对以上问题,本文提出了基于混沌多项式展开和Vine Copula的平纹机织复合材料多尺度随机力学性能预测方法,综合考虑了平纹机织碳纤维复合材料微观及介观尺度的材料、结构随机参数,基于自下而上层级传递的策略逐尺度地研究力学性能不确定性.该方法采用Vine Copula理论构造相关随机变量的高维联合概率分布,并运用非嵌入式混沌多项式展开法实现不确定性传递.结果显示,本方法构造的相关性模型几乎与原模型一致,且能够高效准确地实现各尺度力学性能的随机预测.     

纳米及微米颗粒改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能研究

用玄武三号栓-盘式摩擦磨损试验机研究了纯玻璃纤维织物以及辐照聚四氟乙烯(PTFE)粉末、MoS2粉末、纳米TiO2和纳米CaCO3填充改性玻璃纤维织物复合材料的摩擦磨损性能；采用扫描电子显微镜观察分析了其磨损表面形貌．结果表明，辐照PTFE粉末和纳米TiO2可以明显提高玻璃纤维织物复合材料的减摩抗磨性能，且辐照PTFE粉末的减摩抗磨效果明显优于纳米TiO2；当PTFE的质量分数为10％时，PTFE改性玻璃纤维织物复合材料的综合摩擦磨损性能最好．MoS2和纳米CaCO3则使得玻璃纤维织物复合材料的摩擦系数和磨损率明显增大，其中纳米CaCO3填充玻璃纤维织物的摩擦磨损性能最差。     

地震作用下主-从结构的被动优化控制研究

提出了一种利用主－从结构间的相互作用来减少在地震作用下结构响应的控制方法。该方法通过优化设计主－从结构间的被动耗能单元,最大限度地耗散结构的相对振动能量能减小主、从结构的整体振动水平,或最大限度地吸收主结构的相对振动能量以减小主结构的振动。文章首先导出了在平稳白噪声激励下被动耗能单元优化刚度和阻尼的一般表达式,并分析了不同结构参数对控制效果的影响,比较了在不同的平稳过滤白噪声激励下主－从结构相对位