【摘 要】
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复合材料蜂窝结构与其他传统材料相比,具有优异的疲劳寿命、耐化学性具有高刚度重量比和更高阻尼特性的优点,从而广泛应用于航空航天领域。在飞机整个飞行周期内,蜂窝板结构会因机体颤振和气动载荷影响而产生振动。在实际工程应用中,复合材料蜂窝板的整个寿命周期里也经常会受到强烈的湿热环境变化的影响,中国民用航空规章(CCAR)第25部明确规定:对于可能对飞机安全性造成威胁的上机零部件所选用材料的适用性和耐久性,
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复合材料蜂窝结构与其他传统材料相比,具有优异的疲劳寿命、耐化学性具有高刚度重量比和更高阻尼特性的优点,从而广泛应用于航空航天领域。在飞机整个飞行周期内,蜂窝板结构会因机体颤振和气动载荷影响而产生振动。在实际工程应用中,复合材料蜂窝板的整个寿命周期里也经常会受到强烈的湿热环境变化的影响,中国民用航空规章(CCAR)第25部明确规定:对于可能对飞机安全性造成威胁的上机零部件所选用材料的适用性和耐久性,要充分考虑在飞机服役过程中所预期环境下温湿度变化的因素。本文将探究湿热环境下不同脱胶损伤形式对蜂窝板振动特性的影响,利用其固有频率在不同温湿度条件下的变化规律来适当的控制和减少蜂窝板结构故障的发生。首先,基于分段剪切变形理论和湿热等效原理,求解了蜂窝板的湿热本构方程,利用汉密尔顿原理构建湿热条件下蜂窝板的运动控制方程。接着对其进行振动模态试验,选用单点激励单点测试(SISO)的方法来进行蜂窝板自由边界条件下的模态实验,验证了完整蜂窝板有限元模型和利用三明治夹芯板理论建立的含脱胶损伤蜂窝板等效模型的准确性。然后,利用ABAQUS仿真软件研究湿热环境下完整蜂窝板在不同边界条件下的固有频率变化规律:蜂窝板内部形成的湿热残余应力受约束自由度的影响,约束自由度越多,蜂窝板内部形成的湿热残余应力越大,因此其固有频率值的降幅也会越大。最后,建立含有不同横向或纵向多处脱胶分层损伤的蜂窝板有限元模型,研究在湿热环境下含有脱胶损伤的复合材料蜂窝板振动特性,分析结果表明:当脱胶损伤面集中在蜂窝板中心处时对蜂窝板的固有频率影响最大,随着脱胶位置向蜂窝板边缘处移动,脱胶损伤对蜂窝板固有频率的影响逐渐减弱;纵向脱胶位置对蜂窝板的固有频率的影响随着损伤位置向表面移动而逐渐减弱,当脱胶分层损伤同时存在时对蜂窝板的固有频率影响最大。
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