Оптимизация демпфирующих характеристик слоистых композитных материалов, содержащих волокна с вязкоупругим покрытием

Исследуются демпфирующие свойства волокнистых композиционных материалов, армированных волокнами с вязкоупругими покрытиями. Показано, что для таких материалов имеет место эффект повышения диссипативных характеристик, если толщина вязкоупругих покрытий волокон очень мала. Обнаруженный эффект приводит, по существу, к дополнительному пику в зависимости эффективного модуля потерь волокнистого композита от толщины покрытия, который реализуется для тонких покрытий, когда динамический модуль упругости (т.е. жесткость композита) еще достаточно велик. При этом повышение эффективного модуля потерь композита для оптимальных значений толщин дополнительного вязкоупругого слоя столь значительно, что можно говорить о синергетическом эффекте, ибо эффективный модуль потерь многократно превышает модуль потерь вязкого покрытия. В работе исследована зависимость эффективных вязкоупругих свойств слоистых композитов от физических параметров композита (от толщины вязких покрытий на волокнах, объёмной доли волокон). В качестве примера рассмотрен плоский слоистый композитный пакет на основе эпоксидной матрицы, квазиизотропный в плоскости со слоями, армированными стеклянными волокнами с покрытием на основе полиуретана. Для теоретических расчётов привлекаются классические модели механики композиционных материалов и метод комплексных модулей. Для определения эффективных характеристик монослоя волокнистого композита рассматриваются две постановки задач - в плоскости изотропии и в перпендикулярной к ней плоскости. Эффективный объёмный модуль и модуль сдвига в трансверсальной плоскости определяются соответственно по методу трех фаз Эшелби из решения задач всестороннего растяжения (сжатия) поперек волокон и чистого сдвига в трансверсальной плоскости. Модуль сдвига вдоль волокон определяется по методу трех фаз Эшелби из решения задачи чистого сдвига вдоль волокон в цилиндрической системе координат. Эффективные модуль Юнга и коэффициент Пуассона в направлении волокон определяются совместно из решения задачи об одноосном растяжении в цилиндрической системе координат.