三维四向编织复合材料T型梁模态性能的研究

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采用三维编织技术织造的三维预成形件增强的复合材料称为三维编织复合材料。三维编织物结构的整体性,使三维编织复合材料克服了传统的层合复合材料层间性能差、损伤容限低和冲击韧性弱的缺点。三维编织复合材料在航空航天等高科技行业的广泛应用,使得对三维编织复合材料的动态力学性能的研究受到了高度的关注。因此,对于三维四向编织复合材料T型梁模态性能的研究与应用具有重要意义。  本文首先采用悬臂梁自由衰减振动的实验方法研究了碳纤维三维四向编织复合材料T型梁的模态性能,分析了不同细观结构和不同自由端长度的三维四向编织复合材料T型梁试件的模态性能。  由实验结果可知:相同表面编织角条件下,随着纤维体积含量的增大,三维四向编织复合材料T型梁的固有频率增大,阻尼比减小;纤维体积含量相同时,随着表面编织角的增大,三维四向编织复合材料T型梁的固有频率减小,阻尼比增大;三维四向编织复合材料T型梁的固有频率随着其自由端长度的增加而降低;其固有频率和其阻尼性能没有明显的相关关系。  接着用有限元模拟的方法研究了碳纤维三维四向编织复合材料T型梁的模态性能。对比了实验的和有限元模拟的固有频率和阵型,实验结果与计算结果相一致;模拟了不同自由端长度的T型梁的固有频率;研究了不同尺寸的T型梁的固有频率。研究证明:T型梁的固有频率大小和它的外部尺寸密切相关。  经本文研究证明通过细观结构参数以及外型尺寸的选取,可实现三维四向编织复合材料T型梁模态参数的可设计性,为T型梁的设计和应用提供了有力依据。
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