工程力学 ›› 2019, Vol. 36 ›› Issue (12): 227-234.doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0010

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基于非接触激振-测振一体化技术的纤维增强复合材料参数辨识研究

李晖1,2, 吴腾飞1,2, 李则霖1,2, 孙伟1,2, 闻邦椿1,2   

  1. 1. 东北大学机械工程与自动化学院, 辽宁, 沈阳 110819;
    2. 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室, 辽宁, 沈阳 110819
  • 收稿日期:2019-01-16 修回日期:2019-03-27 出版日期:2019-12-25 发布日期:2019-04-03
  • 通讯作者: 李晖(1982-),男,内蒙古人,副教授,博士,主要从事复合结构减震降噪研究(E-mail:lh200300206@163.com). E-mail:lh200300206@163.com
  • 作者简介:吴腾飞(1993-),男,河南人,硕士生,主要从事复合材料参数辨识研究(E-mail:1096343539@qq.com);李则霖(1994-),男,山东人,硕士生,主要从事低速冲击下的纤维金属混杂粘弹性复合板的动态响应研究(E-mail:lzl2129@163.com)孙伟(1975-),男,辽宁人,教授,博士,主要从事机械动力学分析及振动工程控制研究(E-mail:weisun@mail.neu.edu.cn)闻邦椿(1930-),男,浙江人,中国科学院院士,博士,主要从事振动利用工程研究(E-mail:avonlea@163.com)
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(51505070,51535082,U1708257);中央高校基本科研业务费专项资金项目(N160313002,N160312001,N170302001,N180313006);国家留学基金委项目(201806085032);东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室研究基金项目(VCAME201603).

PARAMETER IDENTIFICATION OF FIBER-REINFORCED COMPOSITE MATERIAL BASED ON THE NON-CONTACT VIBRATION EXCITATION-MEASURING INTEGRATED TECHNOLOGY

LI Hui1,2, WU Teng-fei1,2, LI Ze-lin1,2, SUN Wei1,2, WEN Bang-chun1,2   

  1. 1. School of Mechanical Engineering & Automation, Northeastern University, Shenyang, Liaoning 110819, China;
    2. Key Laboratory of Vibration and Control of Aeronautical Power Equipment of the Ministry of Education, Northeastern University, Shenyang, Liaoning 110819, China
  • Received:2019-01-16 Revised:2019-03-27 Online:2019-12-25 Published:2019-04-03

摘要: 该文综合利用了平面声波激励和激光高精度测振的优势,提出了基于非接触激振-测振一体化技术的纤维增强复合材料参数辨识方法。以该类型复合材料薄板为例,建立了其在平面声波激励下的理论模型,并结合经典层合板理论、复模量法、应变能等方法,通过公式推导,实现了时域振动响应的理论求解。在理论结合实测数据的基础上,通过粒子群迭代求解方式,成功辨识获得了CF140碳纤维/环氧树脂材料的各项材料参数。通过与厂家提供的材料参数进行对比,发现该方法不仅在弹性模量、泊松比获取上具有较高的辨识精度,而且还可辨识出的材料在纤维纵向、横向和剪切方向的损耗因子。

关键词: 纤维增强复合材料, 非接触激振, 非接触测振, 材料参数, 粒子群算法

Abstract: A parameter identification method of fiber-reinforced composite material was proposed based on the non-contact vibration excitation-measuring integrated technology. The advantages of planar acoustic wave excitation and high-precision laser vibration measurement were comprehensively utilized. Firstly, by taking a composite thin plate of this kind as an example, a theoretical model under planar acoustic wave excitation was established. A theoretical solution to the time-domain vibration response was also obtained through the formula derivation, which was combined with the classical laminate theory, complex modulus method, strain energy method, etc. Subsequently, based on theoretical and measured data, the material parameters of CF140 carbon fiber/epoxy resin were successfully identified by the particle swarm iterative-solving method. By comparing with the material parameters provided by the manufacturer, it was found that this method not only had a high identification accuracy when acquiring the elastic moduli and Poisson's ratios, but also could identify the loss factors in the longitudinal, transverse and shear directions of fiber-reinforced composite material.

Key words: fiber-reinforced composite material, non-contact excitation, non-contact vibration measurement, material parameters, particle swarm algorithm

中图分类号: 

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2018年11月15日