高性能纤维增强环氧树脂基复合材料的振动阻尼性能研究

摘要

随着科学技术的发展，航空航天、机械工程等领域的机械设备趋于高速、高效和自动化，随之引起的振动噪声等问题越来越严重。因此，采用阻尼材料进行减振降噪日益引起人们的重视。纤维增强树脂基复合材料的阻尼性能良好，同时具备优异的力学性能，可直接用于制作振动构件，因此成为阻尼材料领域研究的热点。本文的目的就是通过对纤维增强环氧树脂基复合材料振动阻尼性能的研究，来探究如何通过结构和界面的优化设计提高复合材料的振动阻尼性能。　　本文运用树脂传递模塑（RTM）工艺制备了平面（2D）编织和三维（3D）编织两种形式的碳纤维/芳纶纤维增强环氧树脂基复合材料（CF/KF/EP），研究了表面改性、纤维混杂及橡胶涂层改性对其力学性能和振动阻尼性能影响，深入探讨了纤维复合材料混杂及界面改性对复合材料力学性能和振动阻尼性能调控机制。　　结果表明，适当的碳纤维表面氧化处理和纤维取向角可以改善复合材料的力学性能和振动阻尼特性。2D-CF/KF/EP复合材料的阻尼性能存在明显的正混杂效应，当碳纤维体积含量（VCF）为15％时，其阻尼损耗因子η超过混杂定律计算值，达到0.048。铺层顺序的不同主要改变层间混杂复合材料的混杂界面数和最外层纤维布的类型这两个参数，其中，前者对复合材料的阻尼影响较大，而后者对复合材料的固有频率影响较显著。在3D-CF/KF/EP复合材料中，随着 VCF的增加，其整体力学性能和固有频率随之提升，阻尼损耗因子η逐渐降低，当VCF为19%时，由于混杂纤维复合材料中理想混杂界面的形成，复合材料的阻尼损耗因子η为0.035，出现负混杂效应。对比CF2D/EP和CF3D/EP复合材料的振动阻尼性能发现，不同的编织形式对各阶振型的振动形变产生影响，从而造成两者阻尼损耗因子的差异。　　经过纤维表面橡胶涂层改性，3D-CF/EP复合材料的弯曲性能和剪切性能在一定程度上有所降低，但其冲击性能和阻尼性能却有较大提升，阻尼损耗因子η较改性前提升了120%，达到0.068。由此证明，碳纤维表面橡胶涂层改性可作为优化复合材料振动阻尼性能的重要手段之一。

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2树脂基复合材料

1.3 阻尼材料

1.4 纤维增强树脂基复合材料振动阻尼研究

1.5 论文的研究背景、意义与内容

第二章 平面编织复合材料的力学性能及振动阻尼特性

2.1 引言

2.2 实验内容

2.3 结果与讨论

2.4 本章结论

第三章 三维编织CF/KF/EP复合材料的力学性能与振动阻尼特性

3.1 引言

3.2 实验内容

3.3 结果与讨论

3.4 本章结论

第四章 三维编织CF/EP复合材料界面橡胶涂层改性

4.1 引言

4.2 实验内容

4.3 结果与讨论

4.4 本章结论

第五章 全文结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢