钛表面阳极氧化处理对TA2/聚醚醚酮（PEEK）粘结性能的影响

为了改善TA2/C_f/PEEK纤维金属混杂层板中TA2/PEEK的界面粘结性能,利用NaTESi恒压阳极氧化法对TA2板进行表面改性。首先通过正交试验对阳极氧化工艺进行优化,对不同处理工艺的TA2板表面进行了XRD、SEM分析以及粗糙度的表征;其次,研究了钛板表面改性对TA2/PEEK界面结合强度及断裂韧性的影响。结合扫描电镜图进行表面粗糙度及剪切强度的极差分析,发现随着阳极氧化时间的增长,表面粗糙度减小,TA2/PEEK接头的单搭剪切强度下降。对不同工艺下单搭接头的拉伸剪切强度进行比较后,确定了利于提高TA2/PEEK界面结合强度的最优工艺为恒压10 V、在35℃下阳极氧化10 min;该种工艺处理后的钛板表面粗糙度为1.34 μm,其表面形貌为纳米颗粒,粒径尺寸为100~200 nm,在阳极氧化时间为10 min、电压为10 V时,其表面纳米颗粒分布最为均匀,该种形貌下制备的TA2/PEEK界面剪切强度达到19 MPa,失效模式为混合破坏;通过载荷-位移曲线、R曲线,对此工艺下TA2/PEEK界面I型层间断裂韧性进行了表征,发现其平均能量释放率为188.1 J/m²,相比于未经表面处理的试样增加了103.1%,阳极氧化工艺处理后的TA2/PEEK界面抗分层能力更好。     

中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性研究

对中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性进行研究。首先采用Hamilton原理和有限元离散化方法,给出该系统的一次近似耦合模型以及相应的KED解耦模型,然后通过数值仿真对该系统的动力特性进行研究。研究中考虑了2种情况:中心刚体的转动惯量远大于柔性悬臂梁的转动惯量的情况和中心刚体的转动惯量接近柔性悬臂梁的转动惯量的情况。研究结果显示,传统的零次近似模型在处理大范围运动为未知的刚柔耦合动力学问题时同样存在失效的可能,而一次近似模型能够对系统的动力学行为进行正确的数学描述。当中心刚体的转动惯量远大于柔性悬臂梁的转动惯量时,一次近似模型的结果与零次近似模型的结果之间存在较小偏差;但当中心刚体的转动惯量接近柔性悬臂梁的转动惯量时,零次近似模型将导致错误的结果。     

冲击/周期载荷作用下分布式调谐质量阻尼器对响应控制的影响

本文研究了采用分布式调谐质量阻尼器(TMD)对悬臂梁进行振动抑制的问题。首先建立了安装N个TMD的悬臂梁的动力学方程;然后通过有限单元法离散偏微分方程,使用Newmark-β法进行含TMD的悬臂梁动响应求解;最后基于数值计算模型,分别研究周期荷载与冲击荷载作用下,梁振动控制的效果。研究表明:TMD可以有效抑制悬臂梁振动,在周期荷载作用下,悬臂端位移降低52%,在冲击荷载作用下,悬臂端最大位移降低12.31%。关于TMD的分布形式:当使用一个TMD抑制振动时,建议TMD的自振频率应与悬臂梁一阶弯曲频率相等,且最好安装在悬臂端部。采用多个TMD可以提高控制效果,但平均单个TMD抑制效果降低。     

欧拉-伯努利梁平面超大挠性变形问题变分法求解

对于欧拉-伯努利悬臂梁平面超大挠性变形问题，由于其复杂的非线性几何方程，以位移为基本变量进行求解时，通常只能采用如多重打靶、微分求积等数值方法求得梁上离散点的位移值。本文研究了欧拉-伯努利悬臂梁平面超大挠性变形问题变分法求解理论。通过假设多项式形式的梁的曲率试函数以及常数中心线应变，基于欧拉-伯努利悬臂梁的基本假设，推导出了相互耦合的位移函数的精确表达式，并基于变分法理论和三角函数级数展开，推导出欧拉-伯努利梁的非线性控制方程组。利用迭代法对非线性控制方程组中的未知参数进行求解，最终得到欧拉-伯努利悬臂梁的位移函数的解析表达式。利用有限元计算结果对提出的变分法求解理论进行验证，并分别计算了欧拉-伯努利悬臂梁在自由端集中力及位移约束情况下的大变形。算例表明，基于本文的变分法求解理论，利用6个未知参数，即能够精确预测欧拉-伯努利悬臂梁在自由端集中力及位移约束下的超大挠性变形，该研究成果为欧拉-伯努利悬臂梁的超大变形问题提供了新的求解方法。     

基于内嵌式颗粒阻尼器的悬臂梁减振实验研究

针对悬臂梁结构振动控制问题，开展基于内嵌式颗粒阻尼（embedded particle damper, EPD）减振方法的理论与实验研究。应用有限元法分析悬臂梁振动特性，围绕梁前三阶模态频率开展振动控制实验，通过改变填充颗粒的参数（粒径、填充率）和激励力，比较悬臂梁在不同填充情况下的振幅，并使用半功率法计算阻尼比。采用离散元法分析不同情况下颗粒的流变行为，以确定阻尼器最优设计参数。结果表明：颗粒填充率为90%时EPD减振效果最佳；填充颗粒的粒径与系统所受激励有关，本文模型中，激励振幅为80μm时，梁前三阶模态频率下分别填充直径为8、6、1 mm颗粒时效果最好，减振率分别为47.5%、48.7%及71.2%，阻尼比分别提高1.7、3.1及2.1倍。     

基于半理论法预测基础激励下纤维增强悬臂梁结构应变能

提出了半理论法预测基础激励下纤维增强悬臂梁结构应变能。首先，建立了基础激励下纤维增强复合梁结构的应变能分析模型。然后，明确了采用半理论法预测纤维增强悬臂梁应变能的相关原理，并给出预测纤维增强悬臂梁应变能的具体流程。最后，测试获得该类型梁结构在某基础激励幅度下的振动位移响应，验证所建立的应变能分析模型的正确性，可以采用半理论法来分析预测复合梁的应变能，同时还与相同尺寸的铝合金梁的预测结果进行了对比。结果证明:在相同激励幅度下，纤维增强悬臂梁的应变能相对于铝合金梁结构要低于24%~36%，可以利用应变能指标来客观评价复合结构件相对于金属构件的减振能力。