硬涂層梁及板復(fù)合結(jié)構(gòu)動力學(xué)建模與分析.pdf

1、硬涂層是由金屬基和陶瓷基做成的涂層材料，主要應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件的熱障、抗摩擦、抗腐蝕等。最近的研究發(fā)現(xiàn)，硬涂層還具有阻尼減振效果，且特別適用于對動力裝備中的薄殼結(jié)構(gòu)（例如葉片、圓柱殼體等）進行減振。為了有效實施硬涂層阻尼減振，需要創(chuàng)建硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型來分析硬涂層的減振機理。但是，作為一種新興的減振技術(shù)，這方面的研究還很不充分。對硬涂層阻尼減振機理認識不清已嚴重限制了硬涂層阻尼減振技術(shù)的發(fā)展。本文以涂敷硬涂層的梁及薄板為研究對象，在科

2、學(xué)引入硬涂層材料力學(xué)特點的基礎(chǔ)上，研究硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)動力學(xué)建模的方法，具體研究內(nèi)容體現(xiàn)在如下四方面:
　　首先，基于復(fù)合梁理論對基礎(chǔ)激勵作用下硬涂層懸臂梁復(fù)合結(jié)構(gòu)進行振動特性分析。利用復(fù)模量理論，將硬涂層的參數(shù)引入到結(jié)構(gòu)動力學(xué)方程中，建立了基礎(chǔ)激勵作用下該復(fù)合結(jié)構(gòu)的解析分析模型，并用有限元法驗證了分析模型的正確性。繼而，基于所創(chuàng)建的模型，研究了硬涂層楊氏模量、損耗因子、厚度等參數(shù)對復(fù)合梁的動力學(xué)特性的影響規(guī)律。
　　然后，基

3、于復(fù)合板理論對基礎(chǔ)激勵作用下硬涂層懸臂板復(fù)合結(jié)構(gòu)進行振動特性分析。利用復(fù)模量理論來引入硬涂層的參數(shù)，利用雙向梁函數(shù)組合法建立了基礎(chǔ)激勵作用下該復(fù)合件的拉格朗日方程，得到了求解固有特性和振動響應(yīng)的解析表達式。用有限元法驗證了分析模型的正確性，在此基礎(chǔ)上，用該解析模型分析了硬涂層楊氏模量、損耗因子、厚度等參數(shù)對復(fù)合板的動力學(xué)特性的影響規(guī)律。
　　再則，硬涂層材料的力學(xué)特性參數(shù)會隨著激勵幅度的不同而發(fā)生改變，即表現(xiàn)為應(yīng)變依賴性。硬涂層材

4、料的非線性致使硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)也表現(xiàn)出非線性的力學(xué)特點。這里在考慮硬涂層材料應(yīng)變依賴性的前提下，提出采用迭代有限元來分析硬涂層復(fù)合結(jié)構(gòu)動力學(xué)特性的方法，確定了合理的分析流程。然后分別以硬涂層梁和硬涂層板為實例進行了分析，并用實驗校驗了分析的正確性。
　　最后，同樣考慮硬涂層材料的應(yīng)變依賴性，對硬涂層懸臂梁結(jié)構(gòu)進行解析分析，創(chuàng)建了該復(fù)合梁結(jié)構(gòu)的非線性動力學(xué)方程。進一步，提出利用逐步迭代法和Newton-Raphson法來求解硬涂層復(fù)合