移动载荷作用下脱层复合材料梁的振动特性分析

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由于复合材料具有比模量高、比强度高、可设计性好、耐高温、抗疲劳性能好等优点,近几十年来,在航空航天、能源、交通、建筑、机械等工程领域得到迅速发展和广泛应用。虽然有很多优点,但是由制造缺陷或层间残余应力等引起的铺层之间的脱黏现象,就是复合材料脱层(分层)现象。一些研究证明,分层是复合材料结构的主要破坏形式,会影响梁的特性,如固有频率,振型以及动态特性等。在此,本文重点研究了分层问题对移动载荷作用下分层复合材料梁的振动特性的影响。主要包括以下几个方面:  (1)本文基于经典层合理论,利用微元受力图,导出了分层复合材料梁的控制方程。釆用了理论推导与数值计算相结合的方法,研究了悬臂梁在自由振动情况下,不同的分层界面位置和分层尺寸对自由模型和约束模型梁固有频率的影响。为了验证其准确性,将本文结果和文献中的实验结果进行对比。然后分析了分层位置和尺寸对自由模型振型的影响。  (2)研究了受迫振动下,分层和移动集中载荷对梁的动态特性的影响。首先研究了单一移动载荷作用下梁的跨中最大挠度随着移动荷载速度变化规律;其次利用分离变量法,研究单一移动载荷作用下分层梁的分层界面位置、分层长度和分层起始位置分别对梁的动力放大系数和跨中挠度的影响;最后研究了双移动载荷作用下分层界面位置对分层梁的动态特性的影响。研究分析表明,分层对梁的动态响应的影响明显于载荷类型对其的影响。  (3)分析了复合材料层合结构之间的应力关系以及铺层顺序和拉弯耦合对动力放大系数的影响,给出了复合结构抑制脱层的方法。
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