三维复合材料层合板在均匀流中的流致振动特性研究

【作者】 刘昊； 瞿叶高； 孟光；

【机构】 上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室；

【摘要】 复合材料弹性结构广泛应用于船舶舰艇、海洋工程等领域。本文针对复合材料层合板在均匀流作用下的流致振动问题,采用高阶剪切变形锯齿理论结合冯·卡门应变描述层合板的几何非线性变形,采用基于任意拉格朗日-欧拉方法的有限体积法求解不可压缩黏性流体纳维-斯托克斯方程,采用分区并行强耦合方法构建层合板和流体的耦合界面条件,建立了层合板流固耦合非线性动力学数值模型,并通过双层均为各向同性材料的层合板流致振动算例验证了数值建模方法的有效性。首先,结合解析方法和数值方法分析了均匀流作用下材料的各向异性对于单层板流致振动稳定性的影响,讨论了不同无量纲参数(质量比、刚度比)对于稳定性边界的影响。然后,研究了双层复合材料层合板的铺层角度对于流致振动稳定性和动力学响应的影响(包括周期极限环振动幅值、频率,振动模式和尾部流场涡结构),结果表明,对称铺层的层合板具有对称或接近对称的振动模式,随着铺层角度的增加,存在定点稳定模式向周期极限环振动模式的转变,极限环振动的振幅增大,主导频率下降,涡流从板的侧边和后缘发展,在尾部流场形成了发夹型或‘O’型涡流结构;对于相同铺层的层合板,铺层角度的改变导致了不对称振动模式产生,后缘行波形式的摆动导致尾部流场形成了不对称的涡结构。更多还原