Эффективные упругие свойства однонаправленных волокнистых композитных материалов с дефектами на межфазной границе

Abstract

В данной работе рассматривается задача об эффективных упругих свойствах однонаправленного волокнистого композитного материала стохастической структуры с дефектами на межфазной границе в виде микропор. Межфазная граница моделируется межфазным слоем, упругие свойства которого отличаются от свойств матрицы и волокон. На поверхностях раздела межфазного слоя с матрицей и волокном выполняются условия совершенного контакта в виде непрерывности перемещений и поверхностных напряжений. Межфазные слои рассматриваются как третий компонент, состоящий из аппретирующих покрытий, приповерхностных частей матрицы и волокон, а также дефектов в виде микротрещин и микропор. Так как часть материала в окрестности микротрещины нагрузку не несет, то микротрещины моделируются микропорами.

Розглянуто задачу про ефективні пружні властивості односпрямованого волокнистого композитного матеріалу з недосконалими умовами контакту матриці і циліндричних волокон у вигляді наявності міжфазних пористих шарів, які розглядаються як третій компонент. В основу покладено стохастичні двовимірні рівняння пружності для матеріалу з трансверсально-ізотропними компонентами. Застосовано підхід, де трикомпонентний матеріал зводиться до двокомпонентного заміною волокон з міжфазним шаром ефективними композитними волокнами з еквівалентними чи ефективними модулями пружності. Досліджено залежність ефективних модулів пружності від об’ємного вмісту волокон і пористості міжфазних шарів.

A problem on effective elastic properties of stochastic unidirectional fibrous composite is considered. The imperfect interface conditions of contact of matrix and cylindrical fibers are assumed in the form of presence of porous interphase layers between the matrix and cylindrical fibers, which are considered as the third component. As a base, the stochastic two-dimensional equations of the elasticity for the material with transversely isotropic components are chosen. An approach is used in which the three-component material is reduced to the two-component one by replacing the fiber with the interphase layer by the composite fiber with equivalent or effective elastic moduli. A dependence of effective moduli on the volume fractions of fibers and porosity of interphase layers is studied.