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基于材料与结构阻尼的CFRP筏架阻尼性能研究
| 论文题名： | 基于材料与结构阻尼的CFRP筏架阻尼性能研究 |
| 关键词： | 船舶浮筏隔振系统;碳纤维复合筏架;阻尼性能;复合材料;结构阻尼 |
| 摘要： | 浮筏隔振系统是一种有效的减振降噪装置，能够较好地抑制机械振动向船体的传递，筏架是浮筏隔振系统的中间结构，在减振过程中起重要的作用。传统金属筏架的阻尼小，在以往研究中阻尼因素往往被忽略。碳纤维复合材料（Carbon fiber reinforced plastic,CFRP）具有轻质高强和阻尼性好等优点，用它作为筏架材料，再结合结构阻尼，会获得优异的减振效果。开展材料与结构阻尼一体化筏架振动阻尼性能研究具有重要的理论价值和工程应用价值。 本文通过理论研究、数值计算和试验相结合的方法，基于Adams-Bacon能量耗散计算模型，建立了碳纤维复合材料层合板、筏架的典型结构特征以及新型CFRP组合式筏架的阻尼模型，揭示了层合板的典型结构对筏架阻尼性能的影响规律，搭建了浮筏减振试验平台，对CFRP的组合式筏架展开了减振性能的试验研究。论文主要研究工作如下： （1）通过研究现有金属筏架的结构和复合材料成型特点，提出了一种组合式碳纤维复合材料筏架结构。该结构以CFRP层合板为基础，通过开孔、搭接和加筋等结构形式组合成筏架整体，其中连接件采用整体和组合式工字型结构。 （2）建立了CFRP厚层板的三维阻尼模型。基于Adams-Bacon能量耗散计算模型对其进行数值计算，结合阻尼测试分析，求解得到两种边界条件下的CFRP材料的阻尼损耗因子，为分析筏架的典型结构和筏架的阻尼性能提供了理论依据和数据支持。 （3）对筏架典型结构的结构阻尼开展研究。开展了对称铺层CFRP层合板的阻尼性能试验研究，验证了数值计算的正确性，以CFRP材料的阻尼损耗因子和CFRP板的三维阻尼模型为基础，研究组合式筏架的开孔、单搭接和加筋等典型结构的振动特性，建立了开孔板、单搭接和加筋典型结构的阻尼模型。结果表明：开孔大小、位置和数量对CFRP开孔层合板阻尼性能都会产生影响；胶层对单搭接结构影响大，对加筋结构影响小，加筋结构的胶层可忽略；当铺层方案相同时，单搭接和工字加筋结构的阻尼性能要优于开孔和带状加筋结构，层合平板阻尼性能最差；螺栓连接要优于胶接结构的阻尼性能。 （4）建立了单搭接和工字型加筋结构的CFRP组合式筏架的阻尼模型，用阻尼贡献因子分析了筏架各组件在筏架结构中能量耗散的分布，并搭建筏架减振性能评价试验平台，对胶接和螺栓两种连接形式的筏架进行减振评价。结果表明：组合式CFRP筏架通过改变连接件结构和连接方式获得不同的阻尼性能，从而改善浮筏系统的减振性能，为复合材料新型减振结构设计提供了理论基础。 |
| 作者： | 杨海如 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 张锦光 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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