近年来,随着航空航天飞行器向高速、轻质和多功能化方向发展,传统结构材料在减重和减振降噪方面面临着更大的挑战。尤其随着纤维增强复合材料在航空航天领域应用比重的迅速提升,开发兼具高力学性能和振动阻尼性能的新型结构-阻尼复合材料成为研究的热点之一。结构阻尼复合材料属于结构功能一体化复合材料之一,其应用范围涉及航天航空、交通运输、电力电子以及仪器仪表等工业领域,对于国家经济的发展和人们生活质量的提高起到重要的作用。传统的结构阻尼复合材料制备是将结构材料与高阻尼的黏弹性材料粘合在一起。由结构材料提供强度和刚度,黏弹性材料提供阻尼性能。这种复合方式目前暴露出的主要问题是结构的力学性能和耐热性能的下降及工艺性和服役性变差。而最新发展的其他共固化复合材料(蜂窝、智能材料、金属泡沫、纳米材料)又存在增厚增重大、工艺复杂和成本增加的弊端。结构阻尼材料研制中关键问题是选择与结构层匹配的阻尼层材料并能形成很好的界面结构。从材料层面来说,一方面阻尼层材料应与结构层树脂具有较好的界面结合力和不冲突的成型工艺,另一方面阻尼层应具有相对较高的力学性能、阻尼性能和耐热性能。从结构层面来说,结构层和阻尼层最好形成互穿网络结构,这样能减少界面处应力集中,同时改善应力的传递效率,充分发挥阻尼层的阻尼效果。此外,材料的阻尼性能和断裂韧性关系密切,相对成熟的增韧技术可用于结构阻尼复合材料的开发,尤其是通过力学性能优异的热塑性聚合物离位增韧复合材料和纳米级碳材料如纳米碳纤维、碳纳米管等增韧均可以在保证复合材料力学性能的前提下明显提高其断裂韧性。因此,本论文的基本思路即是从材料层面上筛选与基体树脂相匹配且具有较好离位增韧效果的几种多孔的热塑性树脂无纺布(本文选用尼龙和芳纶两种无纺布)作为阻尼材料和离位增韧材料,通过与基体树脂在复合材料的层间形成多相连续的互穿网络结构,在离位增韧改性的同时提高复合材料的阻尼性能。同时,为进一步提高体系的阻尼性能和断裂韧性,通过筛选将结晶型热塑性聚合物PVDF和纳米碳材料VGCF负载在无纺布材料上,研究不同增韧和阻尼材料的协同增韧和阻尼改性效果。另外,考虑到近年来绿色复合材料的发展越来越受到人们的重视,而结构阻尼材料的开发中也应考虑绿色环保的设计原则,本文还筛选了力学性能和阻尼性能相对较好的苎麻纤维和黄麻纤维来制备绿色结构阻尼复合材料。由于阻尼层的加入方式和阻尼性能对结构阻尼材料的整体阻尼性能有直接影响,为进一步研究其变化规律,本论文在实验的基础上对结构阻尼复合材料的两种阻尼测试过程进行了有限元模拟分析。通过ANSYS软件建立了结构阻尼复合材料的阻尼因子和模态频率的虚拟测试方法,通过改变阻尼层的各物理属性可以非常方便的考察阻尼层的变化对复合材料整体性能的影响。这种通过有限元分析建立的虚拟测试技术具有很强的实用性能,可以大大缩短了材料开发的时间周期,为结构阻尼材料的研究提供方便。本论文研究主要得到以下结论：1)尼龙无纺布能够在离位增韧复合材料的同时明显提高复合材料的损耗因子且不会造成复合材料力学性能的明显下降。其中,复合材料的阻尼性能和力学性能与阻尼层的位置和体积分数密切相关。通过在尼龙无纺布上负载PVDF能进一步明显提高共固化复合材料的振动衰减性能和层间断裂韧性,插入7层时损耗因子达到0.0121,比空白样品提高了152.1%,其GⅠC和GⅡC分别达到1700.0J/m2和2829.0J/m2,较空白样品提高了4.6倍和2.9倍。通过在尼龙无纺布上负载PVDF/VGCF能进一步提高结构阻尼复合材料的耐热性能、高温段阻尼性能、导电性能,但对复合材料的力学性能没有明显提高,这可能与纳米材料的分散性差、容易团聚有关。2)芳纶无纺布同样能够在不明显降低复合材料的力学性能的前提下同步提高复合材料的断裂韧性和阻尼性能。与尼龙无纺布相比,ANF离位增韧结构阻尼复合材料的力学性能更好,但界面结合性相对较差,I型、II型层间断裂韧性和CAI较低,但界面阻尼作用反而较高。3)通过苎麻纤维布／碳纤维布／玻璃纤维布的混杂铺层能够平衡力学性能和阻尼性能之间的矛盾,实现材料阻尼性能和力学性能的可控调节,充分发挥复合材料可设计性强的优势。其中"RCRCR"铺层的复合材料的损耗因子达到0.0057,比纯碳纤维布复合材料的0.0018提高了2.2倍,而拉伸强度达到381.6MPa,比纯苎麻纤维板提高了4.6倍。"RCRCR"型复合材料的损耗因子达到0.0101,比纯玻璃纤维布复合材料提高了1.4倍,而拉伸强度达到278MPa,比纯苎麻纤维板提高了3倍多。4)利用ANSYS软件建立了两种虚拟阻尼性能测试方法即虚拟自由振动衰减法和虚拟强迫共振扫频法。通过对两类结构阻尼复合材料的阻尼因子、共振频率及模态损耗因子的实测结果与虚拟测试结果对比,验证了有限元模拟的可行性,同时对不同的混杂铺层方式和阻尼层不同的物理性能对结构阻尼复合材料的阻尼性能的影响进行了研究。结果表明,混杂铺层复合材料的刚度与最外层材料的模量密切相关,而阻尼性能与阻尼层的体积分数和分布有关,当其位于正应力和剪切力最大的表面和中性面时能够发挥最大的阻尼效果。