【摘 要】
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因为具有轻质高强、比力学性能高、吸能和缓冲性能优良等力学特性,以及高阻尼性能、良好的流通性和过滤分离性能等多种优异物理性能,多孔材料的应用日益广泛。但是,受自身特殊孔隙结构的限制,使得多孔材料自身的强度不高。在多孔介质材料表面敷设碳纤维层组成夹芯构件,可以同时具备多孔介质优异的综合性能和碳纤维的高强度,在国防、民用工程和核工程等重要领域有着巨大的潜在应用价值。目前,对于敷设碳纤维层多孔介质叠层结构
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因为具有轻质高强、比力学性能高、吸能和缓冲性能优良等力学特性,以及高阻尼性能、良好的流通性和过滤分离性能等多种优异物理性能,多孔材料的应用日益广泛。但是,受自身特殊孔隙结构的限制,使得多孔材料自身的强度不高。在多孔介质材料表面敷设碳纤维层组成夹芯构件,可以同时具备多孔介质优异的综合性能和碳纤维的高强度,在国防、民用工程和核工程等重要领域有着巨大的潜在应用价值。目前,对于敷设碳纤维层多孔介质叠层结构的力学性能多采用有限元法,由于多孔材料结构的特殊性,该方法的计算精度和效率较低,特别是在中高频段内。因此,建立敷设碳纤维层多孔介质叠层梁结构的精确力学模型,并借助半解析半数值解法分析其动力学特性具有重要的工程价值和理论意义。本文基于Biot理论和层合理论,以敷设碳纤维层多孔介质叠层梁为研究对象,推导了叠层梁的整合控制方程,提出了一种分析此类层合梁结构的半解析、半数值方法,并对结构进行了优化设计。主要研究内容如下:（1）根据Biot理论,分别建立多孔介质梁固体骨架的本构、运动、几何方程,以及多孔介质层孔隙流体的基本方程,考虑多孔介质层固体骨架和孔隙流体之间的耦合作用,推导出多孔介质梁在谐激励作用下的一阶常微分矩阵控制方程。通过与模态实验、有限元仿真结果的比较,证明本文模型的精度优于有限元法,并分析了孔隙度、梁截面长宽比等参数对多孔介质梁动力学特性的影响。（2）结合碳纤维层的控制方程和多孔介质层的基本方程,基于层合理论,考虑层间的位移连续性条件,推导敷设碳纤维层多孔介质叠层梁在谐激励作用下的整合一阶常微分矩阵控制方程。结合结构的边界条件,利用具有高精度的精细积分法对整合控制方程进行求解,提出了一种分析敷设碳纤维层多孔介质叠层梁动力学特性的半解析半数值方法,并分析了多孔介质层的厚度和孔隙度、碳纤维层的厚度等材料参数对叠层梁动力学特性的影响。（3）以多孔介质层的厚度、孔隙度、碳纤维层的厚度为优化参数,叠层梁振动位移最小为优化目标,利用正交实验法对敷设碳纤维层多孔介质叠层梁的结构参数进行了优化设计,结构优化后叠层梁的振动位移响应明显降低。本文的研究内容可为敷设碳纤维层多孔介质叠层梁的动力学特性分析提供一种新的思路和方法,也可为此类层合梁的优化提供一定的理论支撑。同时,本文的建模和求解方法亦可推广用于敷设碳纤维层多孔介质叠层板壳的动力学分析。
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