论文摘要：炭/炭复合材料振动性能研究

炭/炭(C/C)复合材料，具有高比强度和比刚度、密度低、耐磨性和耐腐蚀性好等优点。在新型飞机、高速列车、航天工程等领域得到愈来愈广泛的应用，如航空发动机叶片、涡轮盘以及其它高速转动的部件。在这些应用中由于存在旋转质量的不平衡，传动系统的缺陷或误差，工作载荷的波动或外界环境的激励等因素而引起结构部件的振动。当振动频率达到材料的固有频率时会对复合材料产生共振损伤，所以C/C复合材料的固有频率和阻尼特性日益受到从事复合材料研究工作者的重视。本文针对不同预制体密度和不同热解炭组织结构的C/C复合材料一阶固有频率和阻尼特性作了如下研究：1）研究了不同预制体密度对C/C复合材料一阶固有频率和阻尼特性的影响 选择密度分别为0.4，0.45，0.55g/cm3的预制体，在相同的沉积工艺下达到相同的密度，制备出不同预制体密度的三种C/C复合材料，研究其一阶固有频率和阻尼特性。振动测试研究表明：预制体密度分别为0.4，0.45，0.55g/cm3的C/C复合材料一阶固有频率相应为142.8，153.0，176.3Hz，衰减时间为0.470，0.185，0.147s，一阶固有频率随预制体密度的增大而增加，而衰减时间随预制体密度的增大而减少；这是由于预制体密度越大，炭纤维含量越高，C/C复合材料的弹性模量越大，导致一阶固有频率越大，而炭纤维含量越大，纤维与基体的界面就越多，消耗的能量就越大，衰减时间越小，阻尼特性就越明显。2）研究了不同热解炭组织结构对C/C复合材料一阶固有频率和阻尼特性的影响 选择相同的预制体，在不同的沉积工艺下，制备出热解炭结构主要为光滑层（SL）和粗糙层（RL）的两种C/C复合材料，研究其一阶固有频率和阻尼特性。振动测试研究表明：RL和SL热解炭组织结构的两种C/C复合材料一阶固有频率分别为168.8和185.0Hz，振动衰减时间为0.38和0.42s。基体结构为RL热解炭的C/C复合材料一阶固有频率低于基体结构为SL热解炭的C/C复合材料，但阻尼性较大。这是由于RL热解炭的有序性高于SL热解炭，石墨化处理导致RL 热解炭内部出现了大量的裂纹，降低了弹性模量，一阶固有频率降低，同时裂纹可以吸收能量，减少了衰减时间，阻尼特性较高。3）计算了一阶共振情况下C/C复合材料的振动位移 以等截面Bernoulli-Euler梁振动理论为基础，对不同预制体密度和不同热解炭结构的C/C复合材料的振形进行了理论计算。分析了C/C复合材料在一阶固有频率共振时，距固定端为20，50，80mm处的横向振动位移大小，对C/C复合材料的振形进行了量化研究。

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