Abstract:
空间可展开结构在轨运行中,会受到冷热交变热载荷的作用,由此产生的热振动降低了结构的精度,影响结构的正常运行。已有研究表明,在材料中添加少量石墨烯可显著提高材料的刚度和导热系数。因此,本文采用理论和实验方法研究了石墨烯复合材料层合板在交变热载荷作用下的振动响应。考虑石墨烯增强复合材料层合板的悬臂结构,将交变的温度场简化为一维瞬态傅里叶热传导模型,并假设温度扩散只在厚度方向上进行。通过Voigt规则、一阶剪切变形理论和von Kármán几何非线性理论,利用Hamilton原理推导了结构的动力学方程,采用迭代Newton-Raphson方法求解非线性耦合运动方程。数值模拟研究石墨烯含量,结构的几何参数,层合板铺设形式对振动特性的影响,分析石墨烯的优良导热性能对热振动的抑制。搭建实验平台,加工最优石墨烯比例的层合板结构,利用特定夹具实现悬臂边界,采用一系列红外热灯模拟空间热流,对一侧悬臂板进行加热从初始温度到层合板两侧相同位置达到稳定温差,通过加速度传感器记录悬臂板自由端的响应。采用相同的实验方式,分析不含石墨烯的树脂基振动情况,对比添加石墨烯对结构热振动的影响。通过数值模拟和实验方法对比,研究石墨烯增强复合材料层合板结构的振动特性,旨在对工程实践中此类结构的设计提供一定的指导意义。
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Year: 2021
Language: Chinese
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