考虑热环境的复合材料层合板振动响应相似设计方法及试验研究

摘要

针对高温环境下的复合材料层合板动力学试验开展困难、耗时、成本和危险性高等问题,提出了热环境下层合板试验模型的相似设计方法(Similarity method of laminates in thermal environment,SMLTE)。首先建立热环境下悬臂层合薄板振动的理论模型,利用最小势能原理结合Ritz法求解获得其固有频率和振型,通过与文献计算结果、ANSYS仿真结果对比验证数值求解方法的正确性。然后,推导了复合材料层合薄板固有频率、加速度响应和温度的相似关系。分别以精确相似和考虑铺层畸变的层合板为数值案例,验证了推导得到的相似关系的正确性。最后,搭建热环境下的层合板振动响应测试系统,对提出的相似方法进行试验验证。结果显示,通过所提出的SMLTE方法建立的动力学相似关系能够复现原型结构的固有特性和振动响应,为热环境下层合板的模型试验提供了有力支撑。