О демпфирующих свойствах вискеризованного слоя в модифицированных волокнистых композитах


DOI: 10.34759/trd-2020-114-03

Авторы

Кривень Г. И. *, Маковский С. В. **

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), Волоколамское шоссе, 4, Москва, A-80, ГСП-3, 125993, Россия

*e-mail: Kriven_Galina@inbox.ru
**e-mail: Makovsky93@mail.ru

Аннотация

В данной работе впервые изучаются эффективные динамические свойства вискеризованного слоя в модифицированных композитах с учетом структурных характеристик межфазного слоя – длины вискерсов, объемного содержания вискерсов, их механических свойств. В случае чистого сдвига вдоль вискерсов оцениваются эффективные динамические свойства межфазного слоя, полученные методом трех фаз и методом Рейсса. Показывается, что действительно, в вискеризованном слое могут быть реализованы высокие эффективные диссипативные свойства, что открывает перспективы моделирования и прогнозирования модифицированных волокнистых композитов с аномально высокими демпфирующими свойствами при одновременно достаточно высоких механических характеристиках.

Ключевые слова:

вискерс, волокнистые композиты, вязкоупругое связующее, микромеханика, эффективный модуль потерь, демпфирующие свойства

Библиографический список

  1. Chandra R., Singh S.P. and Gupta K. Damping studies in fiber-reinforced composites – a review // Composite Structures, 1999, vol. 46, pp. 41 – 51.

  2. Fisher F.T., Brinson L.C. Viscoelastic interphases in polymer-matrix composites: Theoretical models and finite element analysis // Composites Science Technology, 2011, vol. 61, pp. 731 – 748. DOI: 10.1016/s0266-3538(01)00002-1

  3. Meaud J., Sain T., Hulbert G.M., Waas A.M. Analysis and optimal design of layered composites with high stiffness and high damping // International Journal of Solids and Structures, 2013, vol. 50 (9), pp. 1342 - 1353. DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2013.01.014

  4. Lakes R.S. High damping composite material. Effect of structural hierarchy // Journal of Composite Materials, 2002, vol. 36, no. 3, pp. 287 - 297. DOI: 10.1177/0021998302036003538

  5. Berthelot J.M., Assarar M., Sefrani Y., Mahi A.E. Damping of composite materials and structures // Composite Structures, 2008, vol. 85, pp. 189 - 204. DOI: 10.1016/j.compstruct.2007.10.024

  6. Yu L., Ma Y., Zhou C., Xu H. Damping efficiency of the coating structure // International Journal of Solids and Structures, 2005, vol. 42, pp. 3045 – 3058. DOI: 10.1016/J.IJSOLSTR.2004.10.033

  7. Wei P.J., Huang Z.P. Dynamic effective properties of the particle reinforced composites with viscoelastic interphase // International Journal of Solids and Structures, 2004, vol. 41, no. 24, pp. 6993 – 7007.

  8. Климов Д.А., Мыктыбеков Б., Низовцев В.Е., Ухов П.А. Перспективы применения наноструктурных композиционных материалов на основе карбидов и оксидов тугоплавких металлов для авиакосмических объектов // Труды МАИ. 2011. № 46. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=26114

  9. Климов А.К., Климов Д.А., Низовцев В.Е., Ухов П.А. Эффективность применения наноструктурных композиционных материалов и изделий из них в авиационной промышленности // Труды МАИ. 2013. № 67. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=41486

  10. Lin Y., Ehlert G.J., Sodano H.A. Increased interface strength in carbon fiber composites through a ZnO nanowire interphase // Advanced Functional Materials, 2009, vol. 19, no. 16, pp. 2654 – 2660. DOI: 10.1002/adfm.200900011

  11. Wang Y., Tang Z., Liang X., Liz-Marzan L.M., Kotov N.A. SiO2-Coated CdTe nanowires: bristled nano centipedes // Nano Letters, 2004, vol. 4, no. 2, pp. 225 – 231. DOI: 10.1021/nl0349505

  12. Galan U., Lin Y., Ehlert G.J., Sodano H.A. Effect of ZnO nanowire morphology on the interfacial strength of nanowire coated fibers // Composites Science and Technology, 2011, vol. 71, pp. 946 – 954. DOI: 10.1016/J.COMPSCITECH.2011.02.010

  13. Sager R.J., Klein P.J., Lagoudas D.C., Zhang Q., Liu J., Dai L. Effect of carbon nanotubes on the interfacial shear strength of Т650 carbon fiber in an epoxy matrix // Composites Science and Technology, 2009, vol. 69, pp. 898 – 904.

  14. Garcia E.J., Wardle B.L., Hart A.J., Yamamonj N. Fabrication and multifunctional properties of a hybrid laminate with aligned carbon nanotubes grown in situ // Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, no. 9, pp. 2034 – 2041.

  15. Sharma S.P., Lakkad S.C. Compressive strength of carbon nanotubes grown on carbon fiber reinforced epoxy matrix multi-scale hybrid composites // Surface & Coatings Technology, 2010, vol. 205 (2), pp. 350 – 355. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2010.06.055

  16. Gusev A.A., Lurie S.A. Loss amplification effect in multiphase materials with viscoelastic interfaces // Macromolecules, 2009, vol. 42, no. 14, pp. 5372 – 5377. URL: https://doi.org/10.1021/ma900426v

  17. Lurie S., Minhat M., Tuchkova N., Soliaev J. On remarkable loss amplification mechanism in fiber reinforced laminated composite materials // Applied Composite Materials, 2014, vol. 21 (1). DOI: 10.1007/s10443-013-9371-2

  18. Lurie S.A., Minhat M., Tuchkova N. Estimation of effective dynamic properties of bristled fiber composite materials based on self-consistent Eshelby method // Journal of Engineering Mathematics, 2015, vol. 95, no. 1, pp. 7 – 29. DOI: 10.1007/s10665-014-9719-0

  19. Volkov-Bogorodsky D.B., Lurie S.A., Kriven G.I. Modeling the effective dynamic properties of fiber composites modified across length scales // Nanoscience and Technology: An International Journal, 2018, vol. 9, no. 2, pp. 117 - 138. DOI: 10.1615/nanoscitechnolintj.2018026537

  20. Guz I.A., Rodger A.A., Guz A.N., Rushchitsky J.J. Predicting the properties of micro- and nanocomposites: From the microwhiskers to the bristled nano-centipedes // Philosophical Transactions of The Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences, 2008, vol. 366 (1871), pp. 1827 – 1833. DOI: 10.1098/rsta.2007.2189

  21. Guz I.A., Guz A.N., Rushchitsky J.J. Modelling properties of micro- and nanocomposites with brush-like reinforcement // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2009, vol. 40, no. 3, pp. 154 - 160. DOI: 10.1002/mawe.200700421

  22. Kundawal S.I., Ray M.C. Micromechanical analysis of fuzzy fiber reinforced composites // International Journal of Mechanics and Materials in Design, 2011, vol. 7, pp. 149 – 166. DOI: 10.1007/s10999-011-9156-4

  23. Chatzigeorgiou G., Siedel G.D., Lagoudas D. Effective mechanical of «fuzzy fiber»’ composites // Composites Part B: Engineering, 2012, vol. 43, pp. 2577 – 2593. URL: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2012.03.001

  24. Соляев Ю.О. Моделирование эффективных механических свойств керамик на основе градиентной теории межфазного слоя // Труды МАИ. 2011. № 42. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=24316

  25. Курочкин А.В. Оптимизация архитектуры многослойных износостойких наноструктурированных покрытий // Труды МАИ. 2013. № 68. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=41998

  26. Лурье С.А., Дудченко А.А., Нгуен Д.К. Градиентная модель термоупругости для слоистой композитной структуры // Труды МАИ. 2013. № 75. URL: http://trudymai.ru/published.php?ID=49674

  27. Christensen R.M. Mechanics of composite materials, Dover Publications, New York, 2005, 384 p.


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2020

Вход