High damping and nonlinear vibration of sandwich beams with entangled cross-linked fibres as core material
Amortissement élevé et vibration non-linéaire de poutres sandwichs avec un matériau d'âme à base de fibres enchevêtrées-réticulées
Résumé
This article investigates the use of a recently developed fibrous core material to increase vibration damping in sandwich beams. The entangled cross-linked fibre (ECF) material is made of short carbon fibres cross-linked with epoxy resin. Dry friction between fibres provides energy dissipation when the material is deformed. Previous measurements on the material are post-processed to provide a simplified viscoelastic description of the material, for an easier interpretation of subsequent structural testings. Two sandwich beams are compared with reference honeycomb beams: a sandwich beam with an ECF core, and a hybrid beam with a honeycomb core and an ECF insert. Steady-state tests are performed on both types of beams to obtain their frequency responses for different excitation levels, and the corresponding apparent loss factors are computed. The beam with a full ECF core shows an apparent loss factor more than ten times higher than the reference honeycomb beam. The hybrid sandwich beam provides an apparent loss factor four times higher than the reference honeycomb beam. All beams exhibit nonlinear softening responses consistent with a dry friction phenomenon in the material: the resonance frequencies decrease with increasing excitation amplitude, and damping increases then decreases again at very high amplitudes while remaining largely superior to that of the honeycomb beams. Transient impact testings are also presented for a qualitative comparison of the ECF and reference beams, and the ECF beams lead to shorter decay times compared to the reference beams.
Cet article étudie l'utilisation d'un matériau d'âme récent pour augmenter l'amortissement vibratoire de poutres sandwichs. Le matériau à base de fibres enchevêtrées-réticulées est constitué de courtes fibres de carbone réticulées avec de la résine époxy. Le frottement sec entre les fibres conduit à une dissipation d'énergie lorsque le matériau est déformé. Des mesures antérieures sur le matériau sont post-traitées pour fournir une description viscoélastique simplifiée du matériau, afin de permettre une interprétation plus simple des essais structuraux présentés par la suite. Deux poutres sandwichs sont comparées avec des poutres de référence ayant une âme en nid d'abeille : une poutre avec une âme enchevêtrée-réticulée, et une poutre hybride avec une âme en nid d'abelle et un insert enchevêtré-réticulé. Des essais en régime établi sont réalisés pour les deux types de poutres pour obtenir leur réponse fréquentielle pour différents niveaux d'excitation, et le facteur de perte apparent est calculé. La poutre ayant une âme enchevêtrée-réticulée sur toute la longueur montre un facteur de perte apparent plus de dix fois plus élevé que la poutre de référence à âme en nid d'abeille. La poutre sandwich hybride conduit à un facteur de perte apparent quatre fois plus élevé que la poutre de référence à âme en nid d'abeille. Toutes les poutres conduisent à une réponse non-linéaire assouplissante cohérente avec le phénomène de frottement sec dans le matériau : les fréquences de résonance décroissent lorsque l'amplitude d'exctation croît, et l'amortissement croît puis décroît à nouveau à très haute amplitude, tout en restant largement supérieur à celui des poutres à âme en nid d'abeille. Des essais d'impact transitoires sont également présentés pour une comparaison qualitative des poutres enchevêtrées-réticulées avec les poutres de référence, et les poutres enchevêtrées-réticulées conduisent à un temps de décroissance plus court que celui des poutres de référence.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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