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振动与冲击
第 26卷第 7期 JOURNAL OF V IBRATION AND SHOCK Vol. 26 No. 7 2007
试验研究
蜂窝锥壳结构动力学特性试验研究
王威远, 王聪, 邹振祝
(哈尔滨工业大学航天学院,哈尔滨 150001)
摘要通过模态试验对蜂窝结构锥壳结构的纵向固有频率和阻尼比进行了识别,并与数值仿真结果进行了对
比。通过对比发现:复合材料以及蜂窝结构的应用能够降低该结构的固有频率并增加阻尼比;通过振动台试验,对锥壳-
质量系统的动力学响应进行了研究,试验结果表明该锥壳结构对于 85Hz以上的振动能够有效隔离,从锥壳下端至上端振
动幅值衰减大于 40% ,具有理想的隔振效能。
关键词: 蜂窝结构,锥壳,结构动力学,模态试验
中图分类号: V414. 3 V414. 6 文献标识码: A
锥壳作为一种基本的薄壁承载结构,在航空、航 1 1 试验模型
天、机械、船舶、建筑等众多领域当中得以广泛应用。本文试验研究所采用的锥壳模型采用了蜂窝夹层
发动机喷管、航行体和飞行器的外壳、整流罩以及连接结构,其主体主要由两侧蒙皮以及蜂窝芯等 3层构成,
单元等都可以看作是锥壳结构。整体结构尺寸如图 1 ( a)所示,蜂窝夹层结构尺寸如图
正是由于锥壳结构应用的广泛性和重要性,国内 1 ( b)所示。该模型是根据某航天领域所采用的适配器
外对该结构的动力学特性进行了大量研究。其内容主经缩比和简化加工制作的,试验前经过简单静力测试,
要集中于应用板壳理论、有限元理论进行锥壳结构动在其上端附加 100kg重物,结构未见明显变形破坏,证
力学特性研究[ 1~4 ] ;此外,应用智能结构进行振动主动明该模型承载能力与原结构相当。
控制是近年来该领域的一个重要研究方向[ 5~7 ] 。在试
验方面,对固有频率和振型等模态参数的测量是研究
的重点[ 8, 9 ] , 利用粘弹性材料进行减振研究也
较多[ 10, 11 ] 。
复合材料的出现以及蜂窝结构的广泛应用,使得
各类结构的性能有大幅度的提高。但与此同时材料参
数的复杂性、各向异性以及非线性为理论分析带来了
很大的影响。所以在这种条件下进行试验研究就显得
更加重要。合理、详细的试验研究不仅能够得到结构
的实际特性,同时也能够为理论分析和结构设计提供( a) 锥壳模型外形图
参考。
由于锥壳结构经常作为大型设备的连接件以及适
配器,其动力学性能对整个设备具有重要的影响。本
文正是针对这一研究背景,对某蜂窝结构锥壳的动力
学特性进行了试验研究。试验结果表明,复合材料以
及蜂窝结构的使用能够降低结构固有频率并增加阻尼
比;针对锥壳—质量系统的振动台试验结果证明了该( b) 蜂窝夹层结构示意图
结构具有理想的隔振效能。图 1 试验模型结构
1 蜂窝锥壳结构模态试验本研究在材料方面对原参考结构进行了较大改
进,原结构采用的是铝材料,而本文所研究的锥壳模型
蜂窝芯层和蒙皮分别采用了芳纶纤维(Nomex)和玻璃
基金项目: “十五”预先研究项目(41320020302) 纤维层压板。其中,芳纶纤维是高技术特种纤维,具有
收稿日期: 2006 - 09 - 01 修改稿收到日期: 2006