【技术实现步骤摘要】
一种纤维增强复合材料板高温动力学性能退化分析方法
本专利技术属于振动测试
，涉及一种纤维增强复合材料板高温动力学性能退化分析方法。
技术介绍
纤维增强复合材料随着使用目的不同，面临着许多恶劣的环境，在热环境中，从静态方面来讲，高温会让纤维增强复合材料的树脂基体产生一定程度的融化，降低了纤维增强复合材料的力学性能；从动力学方面来讲，纤维增强复合材料长时间处于振动过程中，高温对于纤维增强复合材料的动力学参数影响也很大，这些参数的变化体现了纤维增强复合材料动力学性能的变化。热环境下纤维增强复合材料振动过程中随时间延长受到热应力等许多因素的影响，导致其动力学性能的分析与研究非常复杂，为了有效地对处于热环境中振动状态下的纤维增强复合材料板高温动力学性能退化性能进行分析，防止动力学性能的变化可能带来经济损失，甚至生命危险，需要研究一种考虑退化时间影响的纤维增强复合材料板高温动力学性能退化分析方法，进而掌握纤维增强复合材料板在不同时间下的高温动力学性能退化行为。目前，人们在结构力学性能退化分析上有一定的研究，并且设计了一些性能分析的专利技术装置，但是对长时间下高温环境中性能退化情况和机理研究还远远不够。专利技术专利申请CN201610136424.X中利用粒子群算法训练样本，实现发动机性能退化趋势预测，但并未对动力学性能退化的情况进行评估，只是对噪声数据进行了监测和评价。专利技术专利申请CN201710162193.4公开了一种基于性能退化数据的导弹部件可靠性分析方法。但只是对可靠性分析概率估计过程进行说明，对于导弹部件进行可靠性分析时的具体指标没有说明，也没有说...
【技术保护点】
1.一种纤维增强复合材料板高温动力学性能退化分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：选取纤维增强复合板的样板，确定样板的尺寸参数和材料参数；步骤2：搭建热环境下振动测试系统，并利用搭建好的测试系统，测试样板常温下的固有频率、振动响应和阻尼特性；步骤3：建立热环境下样板的振动特性理论模型，并计算理论固有频率、理论振动响应和理论阻尼特性；步骤4：基于样板在常温下测试获得的固有频率、振动响应和阻尼特性修正振动特性理论模型，在理论模型中微调样板的尺寸参数和材料参数重新进行计算，直到常温实验测试结果与理论计算结果满足误差要求；步骤5：在多个热环境对应的温度以及多个退化时间下，对多个样板的动力学性能进行测试，对采集的固有频率、振动响应和阻尼特性分析进行处理，获得不同温度下，考虑退化时间影响的样板的高温动力学性能退化规律；步骤6：根据相应温度和时间点的测试的固有频率，再利用修正后的振动特性理论模型计算相应温度的理论固有频率，采用粒子群优化算法，得到准确动态弹性模量数值，得到连续时间变化情况下纤维增强复合材料的动态弹性模量模型；步骤7：根据步骤6中得到的动态弹性模量模型，选取其他纤维增强复合板的样...
【技术特征摘要】
1.一种纤维增强复合材料板高温动力学性能退化分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：选取纤维增强复合板的样板，确定样板的尺寸参数和材料参数；步骤2：搭建热环境下振动测试系统，并利用搭建好的测试系统，测试样板常温下的固有频率、振动响应和阻尼特性；步骤3：建立热环境下样板的振动特性理论模型，并计算理论固有频率、理论振动响应和理论阻尼特性；步骤4：基于样板在常温下测试获得的固有频率、振动响应和阻尼特性修正振动特性理论模型，在理论模型中微调样板的尺寸参数和材料参数重新进行计算，直到常温实验测试结果与理论计算结果满足误差要求；步骤5：在多个热环境对应的温度以及多个退化时间下，对多个样板的动力学性能进行测试，对采集的固有频率、振动响应和阻尼特性分析进行处理，获得不同温度下，考虑退化时间影响的样板的高温动力学性能退化规律；步骤6：根据相应温度和时间点的测试的固有频率，再利用修正后的振动特性理论模型计算相应温度的理论固有频率，采用粒子群优化算法，得到准确动态弹性模量数值，得到连续时间变化情况下纤维增强复合材料的动态弹性模量模型；步骤7：根据步骤6中得到的动态弹性模量模型，选取其他纤维增强复合板的样板，确定样板的尺寸参数和材料参数，计算样板不同温度和时间下的振动特性，进而对考虑退化时间的纤维增强复合样板的高温动力学性能进行分析研究。2.如权利要求1所述的纤维增强复合材料板高温动力学性能退化分析方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤2.1：搭建连接测试系统并设定测试所需的约束边界条件为悬臂边界条件；步骤2.2：设置扫频测试所需的基本参数，包括：多普勒激光测振仪灵敏度、采样频率、频率分辨率、信号发生器的信号类型。3.如权利要求1所述的纤维增强复合材料板高温动力学性能退化分析方法，其特征在于，所述步骤3包括：步骤3.1：待测样板的理论模型：由n层具有正交各向异性特点的纤维和基体材料组合而成的，其长度a、宽度b和厚度h，每一层的厚度均相同，设定纤维增强复合板的中间层作为参考平面，以其长度方向作为x轴方向，宽度方向作为y轴方向建立xoy坐标系，设待测样板的纤维方向与x轴方向的夹角为θ，E1表示平行纤维方向的弹性模量，E2表示垂直纤维方向的弹性模量，G12表示剪切模量，u12表示平行纤维方向的应力引起的平行纤维方向和垂直纤维方向的应变的泊松比，u21表示垂直纤维方向的应力引起的平行纤维方向和垂直纤维方向的应变的泊松比，ρ为密度；步骤3.2：计算热环境下材料的应力-应变关系以及复合板受到的合内力和合力矩；步骤3.3：设定悬臂复合板的振型函数；步骤3.4：计算外力做功，动能、应变能、热内力做的功；步骤3.5：根据最小势能原理，将外力做功，动能、应变能、热内力做的功构成能量函数，并对能量函数进行求解，可求得固有圆频率和振动响应；步骤3.6：由应变能法，可计算出热环境下复合板的阻尼比数值。4.如权利要求3所述的纤维增强复合材料板高温动力学性能退化分析方法，其特征在于，所述步骤3.2具体为：假设纤维增强复合材料参数随着时间和温度的变化，利用指数函数法并引入退化时间t和温度变化量ΔT，将纤维增强复合板的动态弹性模量E′1(ΔT,t),E′2(ΔT,t),G′12(ΔT,t)模型假设为以下形式：式中，E′1(ΔT,t)，E′2(ΔT,t)分别代表对应温度ΔT和退化时间t的平行纤维方向和垂直纤维方向的动态弹性模量,G′12(ΔT,t)代表对应温度ΔT和退化时间t的动态剪切模量。分别代表常温下平行纤维方向和垂直纤维方向的弹性模量，表示常温下沿纤维铺设平面内的剪切模量，An,Bn,Cn(n＝1,2,12)则表示考虑温度影响后复合板在纤维各方向的弹性模量对应的拟合系数；考虑纤维方向的影响，将纤维增强复合板的复弹性模量假设成如下形式：式中，代表平行纤维方向的复弹性模量，代表垂直纤维方向的复弹性模量，代表沿纤维铺设平面的复剪切模量，E'1(ΔT,t)为复弹性模量的实部，E'2(ΔT,t)为复弹性模量的实部，G'12(ΔT,t)为复模量的实部，η1、η2、η12分别为对应材料损耗因子，i代表复弹性模量的虚数部分；热环境中，根据胡克定律中的广义Duhamel-Neumann形式将热环境下板的平面应力用简写符号表示为：式中，σx(k)为k层复合板x轴方向的应力，σy(k)为k层复合板y轴方向的应力，σxy(k)为k层复合板剪切方向的应力；εx(k)为k层复合板x轴方向的应变，εy(k)为k层复合板y轴方向的应变，εxy(k)为k层复合板剪切方向的应变；为第k层复合板偏轴柔度系数，εTx(k)为k层复合板x轴方向的热应变，εTy(k)为k层复合板y轴方向的热应变，εTxy(k)为剪切方向的热应变，热应变中的下标T代表温度项；第k层复合板热应变的表达式为：式中，αx，αy分别为第k层复合板沿x轴方向，y轴方向的热膨胀系数，αxy为第k层复合板沿剪切方向的热膨胀系数；令平行纤维方向的热膨胀系数为α1和垂直纤维方向的热膨胀系数为α2，当第k层复合板的纤维角度为θk时，记Φ＝cosθk,Γ＝sinθk则有：热环境下由温度和时间影响的第k层复合板任意方向上的应力-应变关系如下：式中，为由温度和时间影响的第k层复合板偏轴刚度系数矩阵；令第k层复合板偏轴应力...
【专利技术属性】
技术研发人员：李晖，张体南，王东升，刘洋，任旭辉，王子恒，王朝阳，闻邦椿，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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