變角度纖維復(fù)合材料環(huán)扇形層合板的自由振動分析
發(fā)布時間：2021-08-22 08:45
與傳統(tǒng)的直線纖維增強復(fù)合材料相比,變角度纖維復(fù)合材料具有更強的可設(shè)計性,為改善結(jié)構(gòu)性能提供了更大的可能.鑒于此,本文將研究纖維的變角度鋪設(shè)對復(fù)合材料環(huán)扇形層合板的自振頻率及振動模態(tài)的影響.假設(shè)纖維的方向角沿環(huán)扇形板的徑向線性變化,基于經(jīng)典的層合板理論,采用微分求積法獲得了環(huán)扇形層合板自由振動問題的數(shù)值解.通過與現(xiàn)有文獻及ABAQUS有限元結(jié)果的比較驗證了本文模型及方法的正確性和收斂性,并詳細分析了纖維起始角和終止角的變化對層合板的自振頻率及振動模態(tài)的影響.研究結(jié)果表明:與常剛度層合板相比,變角度纖維復(fù)合材料層合板的基頻具有更大的調(diào)整空間,通過合理選擇纖維起始角和終止角可有效提高層合板的基頻.研究結(jié)果可為該種新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計提供一定的參考.
【文章來源】：力學(xué)季刊. 2020,41(02)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
變角度纖維復(fù)合材料環(huán)扇形板Fig.1AnannularsectorplatewithVATcomposite
284力學(xué)季刊第41卷此說明了微分求積法具有較高的計算效率．表3變角度纖維復(fù)合材料環(huán)扇形層合板的前三階自振頻率的比較Tab.3ComparisonofthefirstthreenaturalfrequenciesofannularsectorlaminatewithVATcompositeCCCCSSSSCSCSABAQUSPresentErrorABAQUSPresentErrorABAQUSPresentError114.4314.35-0.6%8.017.95-0.8%14.0914.01-0.6%218.6718.881.1%12.5812.932.8%17.8717.75-0.7%325.0825.531.8%18.8219.252.3%22.9723.432.0%Note:Error=(Present-ABAQUS)/ABAQUS3.2纖維方向角的變化對自振頻率的影響算例4：研究纖維起始角0T和終止角1T的不同對變角570168度纖維復(fù)合材料環(huán)扇形層合板的基頻的影響．取環(huán)扇形層合板的外徑為1mor，內(nèi)、外半徑比為/0.5iorr，圓心角為30．層合板有8個等厚度的單層板組成，總厚度為h0.01m，鋪層為012[|]sTT，單層板的材料性能為[1]：1E173GPa，2E7.2GPa，12G3.76GPa，120.29，1540kg/m3．計算得到層合板的基頻并與常剛度層合板進行對比，結(jié)果如圖2所示．(a)CCCC(b)SSSS(c)SCSC圖2不同邊界條件下變角度纖維層合板的基頻隨起始角和終止角的變化Fig.2VariationofnaturalfrequencywithstartandendanglesofVATlaminateunderthreeboundaryconditions
第2期王洋，等：變角度纖維復(fù)合材料環(huán)扇形層合板的自由振動分析285圖2中虛線表示常剛度層合板的結(jié)果．從圖2可以看出，無論邊界條件如何，變角度纖維復(fù)合材料層合板的基頻均隨著纖維起始角和終止角的變化而變化，與常剛度層合板相比，在目標(biāo)頻率下其基頻具有更大的調(diào)整空間，例如：徑向和環(huán)向均固支的層合板，30鋪層的常剛度板的無量綱基頻為30.3，而通過改變起始角從0到90、終止角為30時，變角度復(fù)合材料層合板的無量綱基頻可從28.6變化到34.8，由此可見，通過選擇纖維起始角和終止角可合理調(diào)整或有效提高層合板的基頻．圖3給出了鋪層為2[30|0]s和2[30|60]s的變角度纖維復(fù)合材料板以及鋪層為01TT30的常剛度板在環(huán)向簡支徑向固支(SCSC)時的前三階振動模態(tài)．由圖3可知，不同的纖維起始角和終止角對環(huán)扇形層合板的一階振型的影響較小，而對高階振型的影響較大．2[30|0]s01TT302[30|60]s(a)FirstMode2[30|0]s01TT302[30|60]s(b)SecondMode2[30|0]s01TT302[30|60]s(c)ThirdMode圖3不同鋪層下復(fù)合材料環(huán)扇形板的振動模態(tài)Fig.3Vibrationmodesofannularsectorlaminateswithdifferentlayups
本文編號：3357417
【文章來源】：力學(xué)季刊. 2020,41(02)北大核心CSCD
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
變角度纖維復(fù)合材料環(huán)扇形板Fig.1AnannularsectorplatewithVATcomposite
284力學(xué)季刊第41卷此說明了微分求積法具有較高的計算效率．表3變角度纖維復(fù)合材料環(huán)扇形層合板的前三階自振頻率的比較Tab.3ComparisonofthefirstthreenaturalfrequenciesofannularsectorlaminatewithVATcompositeCCCCSSSSCSCSABAQUSPresentErrorABAQUSPresentErrorABAQUSPresentError114.4314.35-0.6%8.017.95-0.8%14.0914.01-0.6%218.6718.881.1%12.5812.932.8%17.8717.75-0.7%325.0825.531.8%18.8219.252.3%22.9723.432.0%Note:Error=(Present-ABAQUS)/ABAQUS3.2纖維方向角的變化對自振頻率的影響算例4：研究纖維起始角0T和終止角1T的不同對變角570168度纖維復(fù)合材料環(huán)扇形層合板的基頻的影響．取環(huán)扇形層合板的外徑為1mor，內(nèi)、外半徑比為/0.5iorr，圓心角為30．層合板有8個等厚度的單層板組成，總厚度為h0.01m，鋪層為012[|]sTT，單層板的材料性能為[1]：1E173GPa，2E7.2GPa，12G3.76GPa，120.29，1540kg/m3．計算得到層合板的基頻并與常剛度層合板進行對比，結(jié)果如圖2所示．(a)CCCC(b)SSSS(c)SCSC圖2不同邊界條件下變角度纖維層合板的基頻隨起始角和終止角的變化Fig.2VariationofnaturalfrequencywithstartandendanglesofVATlaminateunderthreeboundaryconditions
第2期王洋，等：變角度纖維復(fù)合材料環(huán)扇形層合板的自由振動分析285圖2中虛線表示常剛度層合板的結(jié)果．從圖2可以看出，無論邊界條件如何，變角度纖維復(fù)合材料層合板的基頻均隨著纖維起始角和終止角的變化而變化，與常剛度層合板相比，在目標(biāo)頻率下其基頻具有更大的調(diào)整空間，例如：徑向和環(huán)向均固支的層合板，30鋪層的常剛度板的無量綱基頻為30.3，而通過改變起始角從0到90、終止角為30時，變角度復(fù)合材料層合板的無量綱基頻可從28.6變化到34.8，由此可見，通過選擇纖維起始角和終止角可合理調(diào)整或有效提高層合板的基頻．圖3給出了鋪層為2[30|0]s和2[30|60]s的變角度纖維復(fù)合材料板以及鋪層為01TT30的常剛度板在環(huán)向簡支徑向固支(SCSC)時的前三階振動模態(tài)．由圖3可知，不同的纖維起始角和終止角對環(huán)扇形層合板的一階振型的影響較小，而對高階振型的影響較大．2[30|0]s01TT302[30|60]s(a)FirstMode2[30|0]s01TT302[30|60]s(b)SecondMode2[30|0]s01TT302[30|60]s(c)ThirdMode圖3不同鋪層下復(fù)合材料環(huán)扇形板的振動模態(tài)Fig.3Vibrationmodesofannularsectorlaminateswithdifferentlayups
本文編號：3357417
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