含面芯脱胶损伤复合材料夹层板振动特性研究

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1、含面储脱胶损伤复合材料夹层板振动特性研究FreeVibrationcharacteristicofFace／CoreDebondedCompositeSandwichPlates中国民航大学航空工程学院壬羽卢翔冯振宇摘要：含损伤复合材料桨叶结构固有特性变化规律的系统研究，对于正确制定直升机结构维修方案，从而有效提高直升机的生存能力具有重要的理论价值。本文首先采用复合材料夹层结构的三明治等效理论，对夹层板夹芯进行等效计算，得到等效板的工程常数和密度。然后，基于Zig-Zag变形假定和M．ndI．n一阶剪切理论，针对典型复合

2、材料夹层板面／芯脱胶特征，将整个结构视为上、下子板和基板三部分。根据脱胶前缘位移连续条件，建立了面板和芯体间界面脱胶损伤的分层模型。在上述理论分析基础上，运用大型有限元结构分析软件MSC．PATRAN／NASTRAN建立了含面／芯脱胶损伤复合材料夹层板的有限元模型，完成了含圆形脱胶损伤夹层板的模态分析。通过对比相关文献证明了本模型的有效性。文中最后还通过参数讨论，研究了不同脱胶尺寸、脱胶位置对复合材料夹层板固有特性影响的变化规律。关键词：复合材料夹层板脱胶自由振动A蝻act：Thestudyondynamicsperfo

3、rmancesofcompositebladepresentsessentialtheoreticalvaluesonestablishingmaintenanceplansandimprovingthesurvivabilityofhelicopter．Firstly。thesandwichplateswereequivalentbymeansoftheequivalentmethodsbasedOIlsandwichplatetheory．andtheequivalentelastiCconstantsandthed

4、ensityweregainedinthispaper．Secondly，basedondeformationassumptionandMindlinfirstordersheardeformationtheory，thewholestructureweretreatedasthreeseparatepartssuchasup—face，COreandlow—facetocharacterizetheZig-Zagdeformationofcompositesandwichplates．Consideringthedef

5、ormationcontinuousrequirementsalongtheinterracialdebondingfronts，adebondingmodelWasalsoestabUshed．Basedonabovetheoreticalanalysis．afiniteelementmodelWasestabushedandthenaturalfrequenciesofasandwichplatewithdebondingdamagewerecalculated．Referencesshowstheavailabil

6、ityofthemethod．Atlast，theeffectofthedifferentdebondingshapesanddifferentpositionsoftheplatesonthenaturefrequencieshavebeenstudiedinthispaper．Keywords：compositesandwichplates,face／coreinterlacedebondingIfreevibration引言复合材料夹层板由于具有质量轻，刚度好，较好的隔声、隔热的性能等等特性，被越来越多地使用于民用

7、航空器等对质量非常敏感的结构中。波音公司更进一步推出了垒复合材料机身的B7870但复合材料夹层板也存在机体脆性、非均匀性和层性等弱点。其中，面板和芯体问的胶接层是整个结构中最薄弱的部分，极易形成面板和芯体的开裂，从而导致结构刚度的退化和承载能力的下降。凶此，研究复台材料央层板面＼芯开裂损伤具有较好的理论价值和现实意义。目前，国内外相关的研究报道还比较少【l一4】。本文尝试用三明治夹．厶理论等效夹层板为层合板，并使用软件仿真面＼芯开裂对于其振动模态的影响。1，模型建立1．1三明治夹．D板理论在早期的蜂窝夹层结构分析模型中，

8、为r简化分析’蜂窝芯层的面内刚度和弯曲刚度通常被忽略。事实上，195虽然蜂窝芯层很软，但由于它相对蒙皮而言具有较大的厚度，因此忽略其面内刚度和弯曲刚度必然会导致不可忽视的误差。三明治夹心板理论[4-5]是对蜂窝夹芯进行等效的一种有效方法，假定芯层能抵抗横向剪切变形并且具有—定的面内刚度，上，下蒙皮层服从l【il℃hh