碳纤维增强聚合物复合材料梁裂纹深度和纤维铺层角对振动特性影响的有限元分析

摘要整理

本研究采用Ansys APDL有限元分析软件，系统研究了50%碳纤维增强聚合物（CFRP）复合材料梁中裂纹的存在及其深度（1、2、3、4、5 mm）对梁振动特性的影响。建立了无裂纹和有裂纹CFRP复合材料梁的有限元模型，采用复合材料混合律确定材料性能参数。试验梁尺寸为：长200 mm、宽20 mm、厚3 mm（由6层0.5 mm厚的单层板组成），左端固定支撑，右端自由。通过改变纤维铺层角（0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°），研究了纤维铺层角对有裂纹和无裂纹梁固有频率的影响。研究结果表明：纤维铺层角和裂纹深度均能改变CFRP复合材料梁的固有频率，变化范围为10%～20%；相比裂纹深度，纤维铺层角对固有频率的影响更为显著。该研究为CFRP复合材料结构的损伤评估和健康监测提供了重要的数值参考。

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