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BFPC固定结合面虚拟材料参数识别

徐平 曹泉 于英华 沈佳兴 郑思贤

徐平, 曹泉, 于英华, 沈佳兴, 郑思贤. BFPC固定结合面虚拟材料参数识别[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(8): 1305-1312. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200207
引用本文: 徐平, 曹泉, 于英华, 沈佳兴, 郑思贤. BFPC固定结合面虚拟材料参数识别[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(8): 1305-1312. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200207
XU Ping, CAO Quan, YU Yinghua, SHEN Jiaxing, ZHENG Sixian. Parameter Identification of Virtual Material in Fixed Joint Interface of BFPC[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(8): 1305-1312. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200207
Citation: XU Ping, CAO Quan, YU Yinghua, SHEN Jiaxing, ZHENG Sixian. Parameter Identification of Virtual Material in Fixed Joint Interface of BFPC[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(8): 1305-1312. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200207

BFPC固定结合面虚拟材料参数识别

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200207
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51375219

辽宁省教育厅项目 LJ2019JL030

详细信息
    作者简介:

    徐平(1964-), 教授, 博士, 博士生导师, 研究方向为现代机械设计理论与方法、先进制造系统与技术, lnxuping@163.com

  • 中图分类号: TH131

Parameter Identification of Virtual Material in Fixed Joint Interface of BFPC

  • 摘要: 为了准确识别玄武岩纤维树脂混凝土(Basalt fiber folymer concrete, BFPC)固定结合面虚拟材料参数, 基于两自由度弹簧-阻尼动力学模型建立了BFPC固定结合面动态模型, 在此基础上辅以实验测试方法确定了9组不同表面粗糙度和结合面压下的BFPC结合面动态特性参数。基于横观各向同性、赫兹接触理论和分形理论建立了BFPC结合面虚拟材料的动态特性参数数学模型, 结合实验结果识别不同表面粗糙度和结合面压下的虚拟材料参数。通过对比含有BFPC结合面的组件模态振型和固有频率理论分析和有限元仿真分析结果, 证明了BFPC结合面虚拟材料参数识别方法的正确性。
  • 图  1  结合面示意图

    图  2  结合面系统等效动力模型

    图  3  实验原理图

    图  4  试件实物图

    图  5  试件组合示意图

    图  6  法向动态性能参数测试现场

    图  7  切向动态性能参数测试实验原理图

    图  8  等效模型示意图

    图  9  微观形貌数据采集实验现场图

    图  10  BFPC的3D微观形貌

    图  11  功率谱密度函数图

    图  12  模态实验示意图

    图  13  组合试件实验振型图(Ra12.5、0.8 MPa)

    图  14  组合试件有限元网格划分

    图  15  组合试件仿真振型图(Ra12.5、0.8 MPa)

    表  1  BFPC固定结合面刚度与阻尼

    结合面压P/MPa 粗糙度Ra/μm 单位面积法向刚度Kn/(N·m-1·mm-2) 单位面积法向阻尼Cn/(N·s·m-1·mm-2) 单位面积切向刚度Kt/(N·m-1·mm-2) 单位面积切向阻尼Ct/(N·s·m-1·mm-2)
    0.2 3.2 7 769.34 0.004 34 4 765.00 0.003 25
    6.3 3 874.31 0.003 81 3 397.79 0.003 04
    12.5 3 149.17 0.003 61 3 841.16 0.002 87
    0.5 3.2 21 008.29 0.005 18 15 734.00 0.003 45
    6.3 14 399.17 0.004 81 10 469.61 0.003 27
    12.5 12 140.88 0.004 36 7 900.55 0.003 11
    0.8 3.2 25 856.35 0.005 56 16 832.00 0.003 48
    6.3 21 029.01 0.005 01 14 917.13 0.003 33
    12.5 19 495.86 0.004 85 10 727.90 0.003 24
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    表  2  法向弹性模量与剪切模量

    序号 粗糙度Ra/μm 预载荷P/MPa 法向弹性模量En/GPa 切向弹性模量Et/GPa 剪切模量G/GPa 密度ρ/(kg·m-3) 分形维数D 分形粗糙度系数G/1013 m 法向泊松比νn 切向泊松比νt
    1 3.2 0.2 7.77 3.00 0.48 316.74 1.191 2.25 - -
    2 6.3 0.2 3.87 0.13 0.34 13.23 1.169 2.78 - -
    3 12.5 0.2 3.15 0.03 0.38 2.74 1.155 3.12 - -
    4 3.2 0.5 21.01 13.47 1.57 1420.04 1.191 2.25 - -
    5 6.3 0.5 14.40 1.07 1.05 112.70 1.169 2.78 0 0
    6 12.5 0.5 12.14 0.25 0.79 26.60 1.155 3.12 - -
    7 3.2 0.8 25.86 18.51 1.68 1950.91 1.191 2.25 - -
    8 6.3 0.8 21.03 1.99 1.49 209.95 1.169 2.78 - -
    9 12.5 0.8 19.50 0.56 1.07 29.24 1.155 3.12 - -
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    表  3  主阶模态固有频率的仿真分析与实验结果对比

    序号 粗糙度/μm 预载荷/MPa 实验固有频率/Hz 仿真固有频率/Hz 误差/%
    1 3.2 0.2 1 172.5 1 186.8 1.22
    2 6.3 0.2 1 165.1 1 159.0 -0.52
    3 12.5 0.2 1 160.1 1 154.2 -0.51
    4 3.2 0.5 1 214.7 1 285.0 5.79
    5 6.3 0.5 1 195.4 1 236.2 3.42
    6 12.5 0.5 1 179.0 1 219.1 3.40
    7 3.2 0.8 1 241.6 1 319.5 6.28
    8 6.3 0.8 1 232.6 1 284.8 4.23
    9 12.5 0.8 1 192.0 1 271.9 6.70
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    表  4  BFPC材料属性[7-10]

    材料 密度/(kg·m-3) 弹性模量/GPa 泊松比 阻尼比
    BFPC 2 530 45 0.25 0.051 55
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  • 收稿日期:  2020-03-27
  • 刊出日期:  2021-10-09

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