【摘要】：作為一種劃時(shí)代的機(jī)械超材料,負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛研究。目前,有關(guān)負(fù)泊松比結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制備、緩沖吸能、基本力學(xué)性能表征等方面的研究工作大量涌現(xiàn),但對(duì)于該類結(jié)構(gòu)阻尼減振性能的研究仍然處于探索階段而鮮見報(bào)道。本文設(shè)計(jì)了二維和三維的雙箭頭型夾芯圓柱殼結(jié)構(gòu)、雙箭頭型夾芯圓柱筒結(jié)構(gòu)以及雙箭頭型負(fù)泊松比減振方柱結(jié)構(gòu)、六邊形內(nèi)凹蜂窩負(fù)泊松比減振方柱結(jié)構(gòu)、雙箭頭型負(fù)泊松比減振圓環(huán)柱結(jié)構(gòu)和六邊形內(nèi)凹蜂窩負(fù)泊松比減振圓環(huán)柱結(jié)構(gòu),通過基于模態(tài)應(yīng)變能法的有限元方法分析其基本振動(dòng)特性,探究其阻尼機(jī)理。為設(shè)計(jì)減振性能優(yōu)良的曲面機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)和減振結(jié)構(gòu)提供指導(dǎo)和技術(shù)支撐。主要包括一下內(nèi)容:首先,采用二次熱壓成型法制備復(fù)合材料圓弧曲面殼、軸向波紋曲面殼和軸向波紋曲面筒結(jié)構(gòu),然后對(duì)其進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)和有限元數(shù)值仿真。試驗(yàn)結(jié)果和有限元數(shù)值結(jié)果一致性良好,驗(yàn)證了有限元模型的準(zhǔn)確性,為第三、四章研究雙箭頭夾芯圓柱殼體結(jié)構(gòu)和負(fù)泊松比減振柱結(jié)構(gòu)提供有限元數(shù)值模擬方法。然后,設(shè)計(jì)了二維雙箭頭圓柱夾芯殼、二維雙箭頭圓柱夾芯筒、三維雙箭頭圓柱夾芯殼、三維雙箭頭圓柱夾芯筒四類結(jié)構(gòu),利用有限元軟件結(jié)合模態(tài)應(yīng)變能方法得出結(jié)構(gòu)模態(tài)振型、固有頻率和阻尼損耗因子,通過分析每種結(jié)構(gòu)各階阻尼貢獻(xiàn)因子探究其阻尼減振機(jī)理,并與相對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比研究。二維雙箭頭縱向夾芯筒的阻尼損耗因子在2.0以上,而二維雙箭頭環(huán)向波紋夾芯筒阻尼損耗因子在2.5以上,每階都較前者稍大,整體都隨頻率增加呈上升趨勢(shì),是一類合理高效的阻尼減振曲面結(jié)構(gòu)。最后,設(shè)計(jì)了二維雙箭頭型阻尼減振方柱結(jié)構(gòu)、六邊形內(nèi)凹蜂窩阻尼減振方柱結(jié)構(gòu)、二維雙箭頭型阻尼減振圓環(huán)柱結(jié)構(gòu)和六邊形內(nèi)凹蜂窩阻尼減振圓環(huán)柱結(jié)構(gòu),利用ABAQUS有限元軟件結(jié)合模態(tài)應(yīng)變能方法得出結(jié)構(gòu)模態(tài)振型、固有頻率和阻尼損耗因子,通過分析每種結(jié)構(gòu)的阻尼貢獻(xiàn)因子探究其阻尼減振機(jī)理。分析不同特征角度配置對(duì)每種結(jié)構(gòu)的基本振動(dòng)特性和阻尼機(jī)理的影響。四種結(jié)構(gòu)減振耗能性能均較好,但相比而言,75?內(nèi)凹角的二維內(nèi)凹蜂窩減振方柱結(jié)構(gòu)固有頻率較大,阻尼性能也較好,其第六階損耗因子到達(dá)了2.91的高值。此結(jié)構(gòu)為剪切變形主導(dǎo)的減振結(jié)構(gòu),可以獲得更大的阻尼損耗因子,是一種高阻尼的減振高效能機(jī)械超材料結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33
【圖文】：

第1章 緒 論景及研究目的和意義復(fù)合材料結(jié)構(gòu)兼具低相對(duì)密度、抗爆性好、強(qiáng)度高、吸波降噪等多功能于一體，隨著航空航天裝備日化以及多用途化的發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)械裝備服役時(shí)所產(chǎn)問題日漸凸顯。因此，在裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作中應(yīng)將要一環(huán)。問題的一般有效手段是選擇高阻尼材料對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行亦會(huì)產(chǎn)生不利影響。Lakes[1]對(duì)常用材料的剛度 阻尼總結(jié)，并繪制如圖 1-1 所示的分析圖。通過分析各置關(guān)系，我們不難得出結(jié)論，傳統(tǒng)阻尼復(fù)合材料很性能，這就使得結(jié)構(gòu)的高承載能力和減振降噪性能阻尼機(jī)理、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)-阻尼一體化的復(fù)合材料有序多振降噪設(shè)計(jì)工作的重中之重。

復(fù)合材料等可將振動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為磁能，這些能量的轉(zhuǎn)換也將使結(jié)構(gòu)振動(dòng)一定控制。2.2 有序多孔結(jié)構(gòu)基本力學(xué)性能研究六邊形蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)、金字塔型點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)等輕質(zhì)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)已在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中被大量使用[7-9]。其中，多邊形格柵結(jié)構(gòu)和點(diǎn)陣桁架夾芯結(jié)構(gòu)[10-11承載能力優(yōu)異，它的高孔隙特征為實(shí)行兼具阻尼減振、降噪吸能和可控?zé)岬冉Y(jié)構(gòu)-功能一體化設(shè)計(jì)提供了可能性，因此成為了國(guó)內(nèi)外學(xué)者公認(rèn)的劃輕質(zhì)高強(qiáng)多功能結(jié)構(gòu)[12-17]。按照拓?fù)潢P(guān)系，此類結(jié)構(gòu)主要分為格柵夾芯結(jié)構(gòu)和點(diǎn)陣夾芯結(jié)構(gòu)兩大類幾何形狀又細(xì)分為三角形、六邊形、Kagome、3D-Kagome、金字塔、四、鉆石型等多種幾何構(gòu)型[7-8]，如圖 1-2 所示。近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，眾多學(xué)于理論公式、有限元仿真和實(shí)驗(yàn)測(cè)試等方法對(duì)紛繁復(fù)雜的新型輕質(zhì)夾芯結(jié)行了大量設(shè)計(jì)制備及基本力學(xué)性能的研究工作，涉及的研究方向繁多，例壓、彎曲、沖擊、振動(dòng)等[18-27]。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號(hào)：2725380