碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料表面阻抗調(diào)制與結(jié)構(gòu)吸波性能研究.pdf

1、在航空航天領(lǐng)域中，碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料由于其輕質(zhì)高強(qiáng)等優(yōu)良特性占據(jù)了非常重要的地位，為了適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭對隱身的需要，對碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料機(jī)身的吸波性能提出了很高的要求。其中，碳纖維增強(qiáng)樹脂基結(jié)構(gòu)型吸波材料由于可以在提高吸波性能的同時(shí)保證一定的承載能力，從而得到了更廣泛的應(yīng)用。
　　本文從從原理和實(shí)驗(yàn)兩方面出發(fā)，利用設(shè)計(jì)碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料表面連續(xù)碳纖維周期性結(jié)構(gòu)鋪層，實(shí)現(xiàn)表面阻抗的調(diào)制，從而在保證材料良好力學(xué)性能的同時(shí)

2、在8-12GHz實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)吸波特性。并在此基礎(chǔ)上，研究了該復(fù)合材料在應(yīng)變非接觸測量上的可行性并通過改進(jìn)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了1-4GHz低頻段吸波的目標(biāo)。
　　首先從表面阻抗匹配的結(jié)構(gòu)吸波原理出發(fā)，在碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料表面引入連續(xù)碳纖維周期結(jié)構(gòu)鋪層，利用Ansoft HFSS軟件探索表面連續(xù)纖維鋪層在單向排列、單層網(wǎng)格狀排列、雙層網(wǎng)格狀排列等不同排布方式下材料的表面阻抗調(diào)制及吸波特性的規(guī)律，從而建立了不同鋪層方式下材料結(jié)構(gòu)參數(shù)和吸波性能之

3、間的關(guān)系，同時(shí)分析了不同碳纖維種類對于材料結(jié)構(gòu)吸波特性的影響。結(jié)果表明表層為碳纖維單向鋪層的結(jié)構(gòu)無法達(dá)到良好的吸波效果，而具有碳纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)表面鋪層的材料經(jīng)過合理的設(shè)計(jì)可以在8-12GHz實(shí)現(xiàn)吸波的作用。對于單層碳纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)表面鋪層，其反射衰減最大峰所在的頻率隨著碳纖維條幅寬度和條幅間距的增加而減小，綜合兩個(gè)參數(shù)考慮，經(jīng)優(yōu)化寬度為4mm的碳纖維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)鋪層，當(dāng)間距為11mm時(shí)，反射衰減峰在10.4GHz達(dá)到最大值-18dB，電磁波的衰

4、減主要是由電諧振引起的電損耗。
　　其次，在仿真計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，選取了三種不同的碳纖維表層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了編織，制備了相應(yīng)的復(fù)合材料并進(jìn)行了吸波性能的測試，和計(jì)算結(jié)果相比較從而對于軟件模擬的可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，由于界面對電磁波的散射作用，測試結(jié)果和計(jì)算結(jié)果相比反射吸收系數(shù)的值更高，也具有更寬的帶寬，但是諧振峰位置的差距很小。進(jìn)一步的，試驗(yàn)中通過將表層碳纖維和底層碳纖維背底相連通大幅降低了諧振頻率，使得同樣結(jié)構(gòu)的試樣

5、在4-8GHz出現(xiàn)了反射吸收峰。
　　最后，對于該種結(jié)構(gòu)吸波材料在應(yīng)變非接觸測試上的應(yīng)用和低頻段吸波調(diào)諧進(jìn)行了初步探索。通過Ansoft HFSS軟件計(jì)算了材料在不同方向產(chǎn)生一系列拉伸形變下諧振頻率的變化量，結(jié)果表明對于表面為單層碳纖維網(wǎng)格鋪層的復(fù)合材料，當(dāng)試樣受到沿入射電磁波電場方向的拉伸作用時(shí)，反射諧振峰頻率變化和應(yīng)變量可嚴(yán)格擬合成一條直線，同時(shí)變形量在測量儀器精度范圍內(nèi)，可以應(yīng)用于應(yīng)變的非接觸測量。另一方面，在表面為碳纖維單