热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的固有特性

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2018.01.018

东北大学学报:自然科学版 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (1): 87-92.DOI: 10.12068/j.issn.1005-3026.2018.01.018

热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的固有特性

李晖，吴怀帅，位莎，李政泽

(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819)

收稿日期:2017-04-26 修回日期:2017-04-26 出版日期:2018-01-15 发布日期:2018-01-31
通讯作者: 李晖
作者简介:李晖(1982-)，男，内蒙古丰镇人，东北大学副教授.
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(51505070)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(N150304011， N160313002)；东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室研究基金资助项目(VCAME201603).

Natural Characteristics of Fiber-Reinforced Cantilever Composite Thin Plate Under Thermal Vibration Environment

LI Hui， WU Huai-shuai， WEI Sha， LI Zheng-ze

School of Mechanical Engineering & Automation， Northeastern University， Shenyang 110819， China.

Received:2017-04-26 Revised:2017-04-26 Online:2018-01-15 Published:2018-01-31
Contact: LI Hui
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摘要/Abstract

摘要： 基于哈密顿原理建立了纤维增强悬壁复合薄板的动力学方程，并利用双向梁函数法对其固有频率进行求解.然后，编写了Matlab计算程序，并给出了热振环境下分析其固有特性的具体流程，最后，搭建了该类悬臂复合薄板结构在热振环境下的固有特性测试系统.并以TC500碳纤维/树脂复合薄板为研究对象，对其固有频率进行了测试.结果表明，热振环境下纤维增强悬臂复合薄板固有频率计算结果与实验结果的误差在15%以内，且振型结果也与测试振型结果一致，进而验证了所提出的理论分析方法的正确性.

关键词: 纤维增强, 复合薄板, 固有频率, 热振环境, 悬臂边界

Abstract: The equation of motion for fiber-reinforced composite cantilever thin plate was derived based on Hamilton’s principle， and its natural frequencies were calculated by two-dimension beam function method. Then， the Matlab calculating program was written， and the specific analysis procedures of natural characteristics of fiber-reinforced cantilever thin plate under thermal vibration environment were also proposed. Finally， TC500 fiber/epoxy composite plate was taken as a study object， and its frequency and shape results are measured based on the established test system of natural characteristics of the cantilever composite plate under thermal vibration environment. It was found by comparison that the calculated frequencies under thermal vibration environment have a good agreement with the experimental results， and the related errors are within the range of 15 %. Besides， modal shapes are also consistent with the measured shape results， thus the effectiveness of the above method is verified.

Key words: fiber-reinforced, composite thin plate, natural frequency, thermal vibration environment, cantilever boundary

中图分类号:

TB535

李晖，吴怀帅，位莎，李政泽. 热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的固有特性[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(1): 87-92.

LI Hui， WU Huai-shuai， WEI Sha， LI Zheng-ze. Natural Characteristics of Fiber-Reinforced Cantilever Composite Thin Plate Under Thermal Vibration Environment[J]. Journal of Northeastern University Natural Science, 2018, 39(1): 87-92.

参考文献

[1]Vinson J R，Sierakowski R L.The behavior of structures composed of composite materials［M］.Heidelberg:Springer Science & Business Media，2006.
[2]Reddy J N.Mechanics of laminated composite plates and shells:theory and analysis［M］.Boca Raton:CRC Press，2004.
[3]Jones R M.Mechanics of composite materials［M］.Washington D C:Scripta Book Company，1975.
[4]Liu C F，Huang C H.Free vibration of composite laminated plates subjected to temperature changes［J］.Computers & Structures，1996，60(1):95-101.
[5]Jeyaraj P，Ganesan N，Padmanabhan C.Vibration and acoustic response of a composite plate with inherent material damping in a thermal environment［J］.Journal of Sound and Vibration，2009，320(1):322-338.
[6]Wang Z X，Shen H S.Nonlinear vibration of nanotube-reinforced composite plates in thermal environments［J］.Computational Materials Science，2011，50(8):2319-2330.
[7]Fakhari V，Ohadi A，Yousefian P.Nonlinear free and forced vibration behavior of functionally graded plate with piezoelectric layers in thermal environment［J］.Composite Structures，2011，93(9):2310-2321.
[8]Shooshtari A，Rafiee M.Vibration characteristics of nanocomposite plates under thermal conditions including nonlinear effects［J］.International Journal of Applied Mechanics，2011，1(1):60-69.
[9]Lei Z X，Liew K M，Yu J L.Free vibration analysis of functionally graded carbon nanotube-reinforced composite plates using the element-free kp-Ritz method in thermal environment［J］.Composite Structures，2013，106:128-138.
[10]Nejati M，Fard K M，Eslampanah A.Effects of fiber orientation and temperature on natural frequencies of a functionally graded beam reinforced with fiber［J］.Journal of Mechanical Science and Technology，2015，29(8):3363-3371.
[11]吴大方，王岳武，蒲颖，等.高超声速飞行器复合材料翼面结构 1100℃高温环境下的热模态试验［J］.复合材料学报，2015，32(2):323-331.(Wu Da-fang，Wang Yue-wu，Pu Ying，et al.Thermal modal test of composite wing structure in high-temperature environments up to 1100℃ for hypersonic flight vehicles ［J］.Acta Materiae Compositae Sinica，2015，32(2):323-331.)

[1]	郭凡逸，孙志礼，张胜男，曹汝男. 一种微位移柔顺放大机构的优化设计[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(7): 996-1002.
[2]	王海艳，金天，周秩同，付麒麟. 碳纤维增强复合材料螺旋铣孔的临界轴向力模型[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(2): 214-220.
[3]	许家忠，赵辉，付天宇，张成东. 感应加热CFRP温度控制算法[J]. 东北大学学报（自然科学版）, 2022, 43(1): 17-24.
[4]	李晖，徐忠浩，王东升，祖旭东. 基于集中质量法的纤维增强复合材料的损伤定位[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(2): 234-240.
[5]	王海艳，王健宇，陶克新. 碳纤维复合材料螺旋铣孔瞬时切削力系数识别[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2020, 41(10): 1432-1437.
[6]	屈硕硕，巩亚东，杨玉莹，蔡明. 单向碳纤维增强陶瓷基复合材料磨削表面质量研究[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(9): 1310-1315.
[7]	李晖，吴腾飞，许卓，韩清凯. 基于激光无损扫描的纤维增强复合材料参数测试仪研发[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(6): 841-846.
[8]	杨佳，王连广，侯雯峪. 内嵌CFRP板条加固损伤预应力混凝土梁抗弯性能[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(4): 590-595.
[9]	冯乃诗，王宏，胡佛，李康. 软体机器手纤维增强式三腔体结构设计与分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(10): 1461-1466.
[10]	李晖，周正学，吴腾飞，韩清凯. 多层次修正的纤维增强复合薄壳振动响应分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2019, 40(1): 63-69.
[11]	孙志礼，于瀛，赵千里，柴小冬. 两端支承式输流管路的强迫振动分析[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(2): 221-225.
[12]	许卓，李晖，薛鹏程，闻邦椿. 悬臂纤维金属复合薄板固有特性分析及验证[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(12): 1737-1742.
[13]	许卓，李晖，薛鹏程，闻邦椿. 不重叠多分层纤维增强复合梁固有频率分析及验证[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2018, 39(11): 1619-1623.
[14]	孟维迎，谢里阳，刘建中，佟安时. 纤维增强铝锂合金层板不同加载方式下的疲劳性能[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2017, 38(5): 690-694.
[15]	李晖，吴怀帅，薛鹏程，闻邦椿. 纤维增强悬臂复合薄板固有特性分析与验证[J]. 东北大学学报:自然科学版, 2017, 38(12): 1731-1736.

热振环境下纤维增强悬臂复合薄板的固有特性

Natural Characteristics of Fiber-Reinforced Cantilever Composite Thin Plate Under Thermal Vibration Environment

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