Оценка демпфирующих свойств композитов


DOI: 10.34759/trd-2022-127-05

Авторы

Кривень Г. И.

ПАО «Радиофизика», улица Героев Панфиловцев, 10, Москва, 125480, Россия

e-mail: kriven_galina@inbox.ru

Аннотация

В работе исследуются волокнистые композиты, проводится анализ их эффективных демпфирующих свойств, собственных частот и коэффициентов потерь. Эффективные диссипативные свойства и волновые свойства определяются наличием вязкоупругого слоя, расположенного между упругим волокном с высокой жесткостью и менее жесткой матрицей. Приводятся аналитические оценки с использованием методов линейно-вязкоупругой аналогии. Установлено, что для определения параметров с высокой точностью метод трех фаз является предпочтительнее метода Рейса. С целью увеличения диссипативных свойств и сохранения эффективных механических свойств предложено использовать вискеризованные структуры, выращенные на поверхности волокна, и погруженные в вязкоупругий слой. Проводится исследование демпфирования колебаний слоистой композитной шарнирно опертой балки. В слоистую композитную балку вводится вязкоупругая прослойка для улучшения демпфирующих свойства. Резонансная частота и коэффициент модальных потерь балки с различными типами укладок волокон оцениваются с использованием стержневой модели Бернулли-Эйлера и модели Тимошенко. Отмечается, что в случае поперечно ориентированных волокон, обе модели — модель Бернулли-Эйлера и модель Тимошенко, учитывают сдвиговые деформации.

Ключевые слова:

композитный материал, демпфирующие свойства, метод вязкоупругой аналогии, модификация поверхности волокна, демпфирование колебаний

Библиографический список

  1. Нашиф А., Джоунс Д., Хендерсон Дж. Демпфирование колебаний — М.: Мир, 1988. — 488 с.
  2. Поляков П.О., Шестеркин П.С. Численное моделирование демпфирующих покрытий // Труды МАИ. 2022. № 126. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=168998. DOI: 34759/trd-2022-126-12
  3. Рабинский Л.Н., Бабайцев А.В., Шестеркин П.С. Определение демпфирующих свойств металлической ленты марки 3М на базе решения обратной задачи динамики трехслойного стержня и экспериментальных данных // Механика композиционных материалов и конструкций. 2022. Т. 28. № 3. С. 387-398.
  4. Wu G., Yang J.-M. The mechanical behavior of GLARE laminates for aircraft structures // JOM: the journal of the Minerals, Metals & Materials Society, 2005, vol. 57 (1), pp. 72–79. DOI:1007/s11837-005-0067-4
  5. Vogeslang L.B., Volt A. Development of Fibre Metal Laminates for Advanced Aerospace Materials // Journal of Materials Processing Technology, 2000, vol. 103 (1), pp. 1–5. DOI:1016/S0924-0136(00)00411-8
  6. Прокудин О.А., Рабинский Л.Н., Тханг Ч.К. Определение динамических характеристик металлополимерного слоистого стержня // Труды МАИ. 2021. № 120. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=161419. DOI: 34759/trd-2021-120-06
  7. Прокудин О.А., Соляев Ю.О., Бабайцев А.В., Артемьев А.В., Коробков М.А. Динамические характеристики трехслойных балок с несущими слоями из алюмостеклопластика // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика. 2020. № 4. C. 260-270. DOI:15593/perm.mech/2020.4.22
  8. Botelho E.C., Silva R.A., Pardini L.C., Rezende M.C. A review on the development and properties of continuous fiber/epoxy/aluminum hybrid composites for aircraft structures // Materials Research, 2006, vol. 9 (3), pp. 247–256. DOI:1590/S1516- 14392006000300002
  9. Соломатов В.И., Черкасов В.Д., Фомин Н.Е. Вибропоглощающие композиционные материалы. — Саранск: Изд-во Мордовского университета, 2001. — 96 с.
  10. Ungar E.E. Loss factors of viscoelastically damped beam structures // Journal of the Acoustical Society of America, 1962, vol. 34 (8), pp. 1082-1089. URL: https://doi.org/10.1121/1.1918249
  11. Jones D.I.G. Handbook of Viscoelastic Vibration Damping. Wiley, New York, 2001, 416 p.
  12. Rao M.D. Recent applications of viscoelastic damping for noisecontrol in automobiles and commercial airplanes // Journal of Sound and Vibration, 2003, vol. 262 (3), pp. 457-474. URL: https://doi.org/10.1016/S0022-460X(03)00106-8
  13. D’Alessandro V., Petrone G., Franco F., Rosa S.D. A review of the vibroacoustics of sandwich panels: Models and experiments // Journal of Sandwich Structures Materials, 2013, vol. 15 (5), pp. 541-582. URL: https://doi.org/10.1177/1099636213490588
  14. Njuguna J. Lightweight Composite Structures in Transport Design, Manufacturing, Analysis and Performance, Woodhead publishing, Cambridge, 2016, 474 p.
  15. Lurie S., Solyaev Y., Ustenko A. Optimal Damping Behavior of a Composite Sandwich Beam Reinforced with Coated Fibers // Applied Composite Materials, 2019, vol. 26, pp. 389–408. DOI:1007/s10443-018-9698-9
  16. Gusev A.A., Lurie S.A. Loss Amplification Effect in Multiphase Materials with Viscoelastic Interfaces // Macromolecules, 2009, no. 42, pp. 5372–5377. DOI:1021/ma900426v
  17. Lurie S., Minhat M., Tuchkova N., Soliaev J. On remarkable loss amplification mechanism in filled and layered composite materials // Applied Composite Materials, 2014, vol. 21 (1), pp.179-196. DOI:1007/s10443-013-9371-2
  18. Кривень Г.И., Маковский С.В. О демпфирующих свойствах вискеризованного слоя в модифицированных волокнистых композитах // Труды МАИ. 2020. № 114. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=118729. DOI: 34759/trd-2020-114-03
  19. Lurie S.A, Minhat М. Application of generalized self-consistent method to predict effective elastic properties of bristled fiber composites // Composites B, 2014, vol. 61, pp. 26-40. DOI:1016/J.COMPOSITESB.2014.01.021
  20. Lurie S.A., Volkov-Bogorodskii D.B., Kriven G.I., Rabinskiy L.N. On estimating structural stresses in composites with whiskerized fibers // International Journal of Civil Engineering & Technology (IJCIET), 2018, vol. 9 (6), pp. 294-308.
  21. Song Q., Li Ke-zhi, Li Hai-liang, Li He-jun, Chang Ren. Grafting straight carbon nanotubes radially onto carbon fibers and their effect on the mechanical properties of carbon/carbon composites // Carbon, 2012, vol. 50, pp. 3943-3960. DOI:1016/j.carbon.2012.03.023
  22. Lv P., Feng Y., Zhang P., Chen H., Zhao N., Feng W. Increasing the interfacial strength in carbon fiber/epoxy composites by controlling the orientation and length of carbon nanotubes grown on the fibers // Carbon, 2011, vol. 49, pp. 4665-4673. DOI:1016/j.carbon.2011.06.064
  23. Zhang Fu-Hua, Wang Rong-Guo, He Xiao-Dong, Wang C., Ren Li-Ning. Interfacial shearing strength and reinforcing mechanisms of an epoxy composite reinforced using a carbon nanotube/carbon fiber hybrid // Journal of Material Science, 2019, vol. 44 (13), pp. 3574-3577. DOI:1007/s10853-009-3484-x
  24. 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:1016/j.surfcoat.2010.06.055
  25. Кристенсен Р.М. Введение в механику композитов. — М.: Мир, 1982. — 334 с.
  26. Herve E., Zaoui A. N-layered inclusion-based micromechanical model // International Journal of Engineering Science, 1993, vol. 31 (1), pp. 1–10. DOI:10.1016/0020-7225(93)90059-4
  27. Лурье С.А., Кривень Г.И., Рабинский Л.Н. О прочности модифицированного композита с вискеризованными волокнами // Композиты и наноструктуры. T. 11. № 1. C. 1–15.

    28. Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход