陶瓷基复合材料变刚度及迟滞非线性振动研究

航空航天飞行器普遍存在由振动而引发的失效问题，陶瓷基复合材料作为热端部件的关键材料，振动问题亟待重视。然而该材料具有明显的变刚度和迟滞行为，且各向异性及多轴特性显著。这些特性会引入分岔、幅频曲线的弯曲、跳跃等复杂的非线性振动现象。由于陶瓷基复合材料的变刚度及迟滞行为难以模拟，目前国内外少有针对陶瓷基复合材料振动响应规律及分析方法的研究，更没有涉及其非线性振动问题。本课题旨在发展陶瓷基复合材料非线性振动分析方法，揭示变刚度及迟滞现象的机理与规律；在此基础上建立陶瓷基复合材料多轴本构模型；发展结构振动响应分析方法；通过理论分析、数值仿真和实验测试等手段研究陶瓷基复合材料结构的非线性振动问题。为陶瓷基复合材料的实际应用提供理论基础和技术支持。

本文对国家自然科学基金项目“陶瓷基复合材料变刚度及迟滞非线性振动研究”（编号51105195）进行了总结。报告首先简单概述了项目研究计划要点，然后针对每一要点简述了开展的相关研究工作及获得的结果。然后重点展示了本项目取得的代表性成果，最后对项目的分工合作情况进行介绍，并列出了项目成果清单。.代表性成果展示表明本项目按计划完成了所有研究工作，首先开展了陶瓷基复合材料的本构实验，获得了变载荷的加卸载应力应变曲线；在此基础上，发展了能够有效地模拟其变刚度和迟滞特性的界面摩擦模型；以剪滞模型为基础，结合界面摩擦模型的计算结果，发展了计算速度更快的本构模型；在上述研究工作的基础上，发展了陶瓷基复合材料变刚度与迟滞振动的多尺度计算方法；模拟计算了陶瓷基复合材料梁的非线性振动，获得了幅频特性曲线，发现了特有的响应的特征。在本项目资助下课题组成员发表了8篇期刊论文（SCI索引2篇，EI索引6篇）、1篇国际会议论文和8篇发明专利，超过了预期目标。