碳纤维增强复合材料结构阻尼性能研究

      碳纤维增强复合材料的阻尼性能对所应用结构的动态承栽能力、可靠性和安全性有重要影响。复合材料阻尼机理复杂，很难采用理论方法研究。本文基于瞬态激励法原理，设计了悬臂梁振动试验，利用有理分式多项式法提取试样的模态频率和模态损耗因子。分别对603和603A两种树脂基体，各三种T300纤维铺层方向的复合材料试样进行了振动测试，获得了材料l kHz以内的动剐度和阻尼特性。结果表明，基体材料组分和纤维铺层方向对碳纤维增强复合材料的结构刚度和阻尼性能有重要影响；603A基体的碳纤维增强复合材料具有较603基体材料更好的损耗因子。铺层方向对结构阻尼的影响主要是通过对结构刚度的影响而体现出来的，不同纤维铺层方向的复合材料试样刚度差别很大。

      以碳纤维复合材料为代表的先进复合材料由于比强度、比模量高和可设计性强等优点，在航空航天飞行器上的应用越来越广泛。飞行器结构大多受动载作用。振动过大会造成结构疲劳破坏、使控制系统、电子器件、仪器仪表失效，从而严重影响飞行器的可靠性和安全性。因此，复合材料结构的阻尼特性研究是一项极为重要的课题。

      研究表明，复合材料的阻尼机理与普通金属或合金材料不同，分别与基体和纤维自身的黏弹性阻尼、纤维／基体界面相阻尼、复合材料微结构损伤导致的摩擦阻尼、局部应力集中的非线性黏弹性阻尼及周期热流动产生的热弹性阻尼等机理密切相关。由于复合材料阻尼机理的复杂性，以微观力学理论和应变能法为主要依据的结构阻尼分析方法在应用中往往不能满足实际需求。因此，以振动实验代表的实验表征方法仍是当前复合材料结构阻尼测定和研究的主要手段。复合材料结构阻尼的具体振动实验测试方法按照所采用的激励影响可分为稳态正弦激励法、随机激励法、瞬态激励法等。稳态正弦激励和随机激励法利用激振器连续激励结构，经过信号处理，获得频响函数而得到模态频率和阻尼。瞬态激励法利用力锤施加瞬态脉冲激励，采集结构强迫和自由衰减段的响应信息，进而识别结构模态阻尼特性。文献[5-6]对该方法都给予了充分肯定，认为其快捷，可用于现场在线测试，分辨率较高。

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