合成纤维复合材料已经广泛用于航空航天、舰船和体育器材等领域,但是合成纤维诸如玻璃纤维和碳纤维等在服役结束时的不可降解性也造成了许多环境问题。天然纤维具有密度低、可降解、阻尼性能好、比模量和比强度高等优点,因此,天然纤维(如亚麻、剑麻和大麻等)未来在许多工业领域都可替代传统的合成纤维作为复合材料的增强相。虽然天然纤维有上述优点,但是它们暴露在湿热环境下时会大量吸湿。吸湿不仅会使天然纤维的力学性能显著下降,还会导致纤维/基体的界面中产生失配应力,进而在复合材料基体和纤维/基体界面产生裂纹,导致复合材料力学性能退化。对此,一些学者建议将不吸湿的玻璃纤维或碳纤维加入天然纤维复合材料中,形成一种新的混杂复合材料,这种材料既具有良好的力学性能和湿抗性,又可以减少对环境的影响。此外,天然纤维具有良好的阻尼性能,在减振降噪方面有优势。天然纤维/合成纤维混杂复合材料已经在一些工业领域如汽车制造和建筑等领域逐渐获得应用。目前天然纤维/合成纤维混杂复合材料的湿扩散性能以及湿分对阻尼的影响研究尚不充分,而这些问题是这类新型复合材料实际工程应用所必须深入了解的。本文将对亚麻/玻璃纤维混杂复合材料的吸湿和阻尼性能进行研究。论文主要内容如下:(1)采用Kondo和Taki模型预测了玻璃纤维单向复合材料的湿扩散系数,模型考虑了纤维随机排布对复合材料湿扩散的影响。基于此模型,针对具有较复杂细观结构的三维机织复合材料,根据对称性将其单胞划分为多个树脂和纤维束小单元,建立了一种细观多相湿扩散问题的差分模型来描述其吸湿增重,通过将每个小单元的吸湿增重叠加得出了3D机织复合材料整体的吸湿增重。有限元和试验结果验证了理论模型的正确性。(2)通过Berthelot模型预测了玻璃纤维单向复合材料纵向和横向的阻尼性能,考虑了纤维阻尼对复合材料阻尼的影响。采用间接法,通过识别纤维取向为45~o的玻璃纤维单向复合材料的阻尼,得到了面内剪切阻尼。在此基础上,利用体积平均法预测了机织复合材料的刚度矩阵,然后采用复刚度法预测了3D机织复合材料在干态下的阻尼性能。接着研究了吸湿量对机织复合材料不同位置树脂和纤维束弹性模量和阻尼的影响,基于复刚度法推导了3D机织复合材料阻尼性能与吸湿时间的关系。通过悬臂梁的自由振动试验,验证了理论模型的可行性。(3)推导了两相、三相对称层状材料的湿扩散解析解,给出了多相对称层状材料的湿扩散模型差分解。通过有限元法验证了上述模型的正确性。分析了界面浓度条件对湿扩散解析解的影响,给出了标准浓度和浓度在不同材料界面处的分布情况,并且比较了标准浓度和浓度在界面处连续对层状材料吸湿增重的影响。用建立的模型分析了不同铺层和混杂率的亚麻/玻璃纤维混杂复合材料的吸湿行为,并用试验验证了理论模型的有效性。(4)基于Ni-Adams和复刚度法,预测了不同铺层和混杂率的亚麻/玻璃纤维混杂复合材料在干态下的弯曲模量和阻尼性能。考虑了不同铺层吸湿量对弯曲模量和阻尼性能的影响,通过玻璃纤维和亚麻纤维单向复合材料弹性模量和阻尼与吸湿量之间的关系,推导了吸湿后混杂复合材料的弯曲模量和阻尼。分别进行了该种混杂复合材料在干态和不同吸湿量下的振动试验,分析了铺层对混杂复合材料弯曲模量和阻尼性能的影响,通过与试验结果的比较,验证了理论模型的正确性。