Prediction of damping properties in 3D composite material structure by FEM

摘要

纤维增强复合材料已经广泛地应用于振动和声学领域。作为钢材及其它材料的替代材料，复合材料更加耐用、更加有效，但它们应用于这些领域的时间较短，积累的使用经验较少。最近，纤维增强复合材料良好的减振性能的已经受到关注。
　　 本文主要对粘弹性性能对纤维增强复合材料在机械振动中阻尼性能的影响进行了研究。利用有限元方法对由纤维增强复合材料构建的动力支撑构件进行了分析。主要目标是对不同材料制备的结构进行优化，选择具有最小质量的结构设计。随后利用Msc Marc软件对优化前后这种结构的非线性阻尼性能进行了有限元分析。有限元分析中所需的粘弹性实验数据通过动态力学分析实验获得。同时，在本文中还对动力支撑构件的复合材料铺设角度和方向进行了优化设计。
　　 研究结果表明由于复合材料的高比强度和高比刚度，在相同的阻尼效果下，完全由复合材料制备的构件与钢结构件或者复合材料钢混合结构件相比具有最小的质量。同时，层合板的铺设角度对于结构件的刚度有很大的影响，因此影响构件的阻尼性能。在五种不同的铺层角度组合(0°/30°，0°/45°，0°/60°，0°/90°和0°/45°/90°)中，0°/90°和0°/45°这两种铺层组合的阻尼性能最好，在0.32到0.107秒内其振幅衰减分别达到76.8％和76.7％。