任勇生， 张玉环， 时玉艳

(山东科技大学机械电子工程学院， 山东 青岛 266590)

引 言

将复合材料用于直升机尾传动轴[1]以及汽车传动轴的结构设计[2]，不仅可以有效地减轻重量，同时还能够降低噪声，提高传动系统的抗振性能。为了最大限度地发挥复合材料在先进动力系统传动结构设计中的重要作用，对复合材料轴的动力学特性做出精确分析和预测是十分必要的。

为了获得复合材料轴转子系统的涡动频率和临界转速，近年来，人们采用线性理论针对复合材料轴进行广泛的动力学特性研究。在线性理论框架下的结构动力学建模主要是基于经典梁理论[3-4]、Timoshenko梁理论[5-11]和圆柱壳理论[12-13]。

复合材料轴转子系统包含两类阻尼，一是不旋转部件阻尼(如转子支承的阻尼)，称之为非旋转阻尼或外阻，二是旋转复合材料轴阻尼，称之为旋转阻尼或材料内阻(注：这里使用材料内阻以区别于摩擦内阻等其他类型的内阻)。材料内阻对旋转复合材料轴动力学稳定性的影响不仅与复合材料自身的阻尼特性有关，而且还与旋转速度密切相关[14-15]。由于复合材料相比金属材料具有更强的阻尼特性，在超临界旋转状态下，复合材料轴转子系统受到材料内阻的影响，更容易产生失稳问题，由此引发的大振幅振动，往往会导致严重的后果。因此，为了精确地预测和优化旋转复合材料轴的动力学特性，有必要考虑结构非线性和材料内阻的影响。

Hosseini等[16-17]采用多尺度法研究具有曲率和惯性非线性的旋转轴的自由振动与主共振；……