硬涂层层合板振动特性解析建模与分析

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硬涂层阻尼减振技术在复合材料层合板上的应用是一项非常有前景的减振技术,其最大的技术优势就是其可以在高温、高腐蚀环境下保持应有的阻尼减振能力。为了有效实施该技术,需要创建硬涂层层合板复合结构的动力学模型来分析硬涂层的减振机理。本文以涂敷硬涂层的层合板复合结构为研究对象,将各向同性的硬涂层与各向异性的层合板合理结合以及在科学引入硬涂层材料力学特点的基础上,研究硬涂层层合板复合结构动力学建模与振动特性分析的方法,具体研究内容体现在如下四方面:(1)基于经典层合板理论对自由振动下硬涂层层合板复合结构进行固有特性分析。利用拉格朗日方程、Ritz法以及正交多项式和梁函数近似硬涂层层合板位移函数,创建了硬涂层层合板复合结构的动力学模型,并求解其固有特性。然后利用ANSYS软件进行对比验证,证明了本文研发的分析模型和方法的正确性。进而,基于所创建的模型,研究了硬涂层杨氏模量、损耗因子和厚度等参数对硬涂层层合板固有特性的影响。(2)基于经典层合板理论对基础激励作用下硬涂层层合板复合结构进行振动响应分析。利用复模量理论来引入硬涂层的参数,采用正交多项式近似位移函数,建立了基础激励作用下该复合结构的拉格朗日方程。进而获得了硬涂层层合板强迫振动微分方程,并利用直接频域法求解了频域响应。另外,对受外载荷作用的硬涂层层合板进行受力分析和动力平衡,进而得到层合板的时域的强迫振动微分方程,利用振型正交性和杜哈美积分求解出该复合结构时域响应。最后,利用ANSYS软件进行对比验证,证明了本文研发的求解振动响应方法的正确性。进一步,研究了硬涂层杨氏模量、损耗因子和厚度等参数对硬涂层层合板振动响应的影响。(3)为了进一步研究分析硬涂层对层合板复合结构振动特性的影响,针对局部涂敷硬涂层层合板进行了动力学建模以及振动特性分析。基于等效单层理论,求解局部涂敷硬涂层层合板的能量,并采用正交多项式进行位移函数假设,进而利用拉格朗日方程获得局部涂敷硬涂层层合板的强迫振动方程。最终求解出固有频率、模态振型以及振动响应。然后与ANSYS软件进行对比验证,证明了本文方法的正确性。并且分析研究了硬涂层涂敷面积对硬涂层层合板振动特性的影响。(4)在考虑硬涂层应变依赖性的前提下,针对全部涂敷硬涂层的层合板复合结构进行了解析分析,创建了非线性动力学方程。进一步,通过伽辽金离散法和Newton-Raphson法提出求解硬涂层层合板共振频率和定频响应的方法。在实例分析中,利用该方法计算了硬涂层层合板线性结果,与ANSYS软件计算结果的对比验证了本文研发的计算方法的合理性。本文研究可为硬涂层减振技术在层合板上的应用提供参考,研发的相关理论方法对于层合复合结构的振动特性分析也有着重要的借鉴价值。
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