空心玻璃微球填充環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的力學(xué)性能及其懸臂梁結(jié)構(gòu)的阻尼智能化.pdf

1、空心微球材料填充聚合物基體制備的復(fù)合泡沫塑料，因其低密度、高比強度、低雷達探測率、低吸水率及可設(shè)計性，被廣泛應(yīng)用于航天航空產(chǎn)品、水下載具結(jié)構(gòu)件中。本文以空心玻璃微球填充環(huán)氧樹脂基體制備了復(fù)合泡沫塑料，并對其進行了準靜態(tài)單軸壓縮測試；為分析復(fù)合泡沫塑料中的應(yīng)力分布狀態(tài)，建立了球顆粒在一定空間中的隨機均勻分布模型；將球顆粒分布模型結(jié)合有限元軟件分析了空心玻璃微球的球壁厚度及粒徑變化對復(fù)合泡沫塑料應(yīng)力分布的影響；使用INV法測量了復(fù)合泡沫塑料

2、懸臂梁的阻尼性能，并結(jié)合XPC Target實時控制環(huán)境對復(fù)合泡沫塑料懸臂梁進行了振動主動控制；通過以不同的方式將壓電陶瓷/導(dǎo)電相/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料阻尼塊布置在復(fù)合泡沫塑料懸臂梁上作為被動阻尼材料，并以不同強度Chirp信號激勵懸臂梁結(jié)構(gòu)，探討了阻尼塊的布置方式對減振效果的影響，為實現(xiàn)懸臂梁結(jié)構(gòu)在變頻率外載荷作用下于低頻域內(nèi)減小結(jié)構(gòu)響應(yīng)進行了可行性探索。
　　 本論文工作得到了如下重要結(jié)論：
　　 增大空心玻璃微球含量，

3、復(fù)合泡沫塑料的密度下降。空心玻璃微球的種類與含量對復(fù)合泡沫塑料的力學(xué)性能有一定的影響，增大薄壁空心玻璃微球填充量會降低復(fù)合泡沫塑料的彈性模量和抗壓強度；而增大厚壁空心玻璃微球填充量會增大復(fù)合泡沫塑料的彈性模量和抗壓強度。使用粒徑大球壁薄的空心微球與粒徑小球壁厚的空心玻璃微球混合搭配的方式得到的新型空心玻璃微球制備復(fù)合泡沫塑料，其彈性模量和抗壓強度高于同等密度的薄壁空心微球填制備的復(fù)合泡沫塑料。
　　 在隨機均勻分散模型中，球顆粒

4、的分布具有一定均勻性，不會出現(xiàn)局部顆粒數(shù)目陡增或陡降的現(xiàn)象。有限元分析結(jié)果表明，在復(fù)合泡沫塑料中，隨空心玻璃微球球壁厚度的增大，復(fù)合泡沫塑料中最大應(yīng)力減小。在一定的載荷下，空心玻璃微球球壁厚度較薄時，空心玻璃微球為主要的承載體；而當空心微球球壁厚度增大時，包覆空心玻璃微球的環(huán)氧樹脂基體也參與吸收應(yīng)變能。空心玻璃微球的球壁厚度越大，參與吸收應(yīng)變能的樹脂基體部分越多。
　　 通過INV阻尼計法測得了復(fù)合泡沫塑料懸臂梁結(jié)構(gòu)的固有頻率及

5、阻尼比，增大空心玻璃微球含量，會增大懸臂梁結(jié)構(gòu)的阻尼比；當空心玻璃微球含量增大到一定值時，懸臂梁結(jié)構(gòu)的阻尼比降低。
　　 通過基于XPC Target的實時控制系統(tǒng)對復(fù)合泡沫塑料懸臂梁在瞬時激勵下的振動進行了主動控制，主動控制可以有效減小懸臂梁的振動衰減時間及振幅，并提高結(jié)構(gòu)阻尼比。但若懸臂梁自身結(jié)構(gòu)阻尼較大，則主動控制對阻尼效能提升的效果會相對較差；對復(fù)合泡沫塑料懸臂梁在頻率為一階、二階固有頻率激勵下的振動進行了主動控制，使振