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三维编织复合材料是采用三维编织技术织造的三维纤维编织物(又称三维预成形件)所增强的复合材料。三维编织物结构具有整体性的优点,使三维编织复合材料克服了传统层合复合材层间性能差、冲击韧性弱和损伤容限低的缺点。三维编织复合材料结构与性能具有显著的优势,例如:显著地提高了强度和刚度,具有优良的抗损坏性及良好的力学性能、抗冲击性能和耐烧蚀性能等。三维编织复合材料在航天、航空等高科技行业得到了广泛的应用,这使得对三维编织复合材料的动态力学性能的研究受到高度的关注。
首先本文设计了三维四向编织复合材料悬臂梁模态试验,根据采样定律确定采样频率,参照声学材料阻尼性能的弯曲共振试验方法及阻尼材料阻尼性能测试方法对不同细观结构的三维四向编织复合材料试片进行了模态试验。
其次研究了试验结果,分析了三维四向编织复合材料的细观结构对其振动性能的影响。纤维体积含量相同时,随着表面编织角的增大,编织复合材料的固有频率减小,阻尼比增大。传递函数幅频曲线对应的峰值降低,加速度衰减曲线相应的振幅减小,衰减速度变快。相同表面编织角条件下,随着纤维体积含量的增大,编织复合材料的固有频率增大,阻尼比减小。传递函数幅频曲线对应的峰值变高,加速度衰减曲线的振幅变大,衰减速度变缓慢。
接着对相同纤维体积含量和相同纤维取向角度的层合复合材料和三维四向编织复合材料的振动模态性能进行了对比分析。两种材料随着纤维体积含量值的增加,固有频率变大,阻尼比变小;两种材料随着纤维取向角度的增加,固有频率减小,阻尼比增加。相同纤维体积含量和相同纤维取向角度的情况下,三维四向编织复合材料的所有阶次的固有频率要远大于同阶次的层合复合材料,前两阶阻尼比小于层合复合材料,第三阶阻尼比在不同的结构下,情况不一样。
最后对比分析了三维四向编织复合材料与三维五向编织复合材料的前三阶固有频率和阻尼比,得到了不同编织结构下,固有频率,阻尼比的变化规律。
通过本文的研究,分析了三维编织细观结构对三维四向编织复合材料模态振动参数影响的规律,对比了层合复合材料和三维四向编织复合材料,三维五向编织复合材料和三维四向编织复合材料振动性能的差异,为三维四向编织复合材料研制过程中的工艺选择、性能设计、结构优化等提供了有利的分析手段。