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复合材料动态粘弹性能的细观研究 梁军 杜善义 枯尔滨工业大学复合材料研究所，哈尔滨150001) 摘 要 聚合物基复合材料的动态粘弹性目自在现代科学技术钡域应用日益广泛。 本文利用细观力学的Eshelby等效夹杂方法研究了颗粒增强复合材料的动态粘弹性力学 性能，分析了材料复模量随夹杂体积分数、载荷频率之间的变化规律，给出了许多有意 义的结论，为复台材料结构的优化设计及应用提供了理论基础。 关键词细观力学17粘弹性复合材料j复模量 、 文 1引言 聚合物基复合材料受到随时间正弦变化的力作用时，形变响应也是正弦变化的。但是， 即使作用频率远低于试样的共振频率，形变仍比载荷落后一定的相位角，这是材料的内阻 尼产生的结果。通常用两个量表征材料的动态粘弹性力学性能：其一是动态贮能模量，其 二是损耗因子。聚合物基复合材料的动态性能与这些材料在机械、交通、建筑和电器等领 域的应用密切相关。由于结构向轻质、高强发展，结构对振动的传播更加敏感。如果结构 的某一部分激发起太幅度振动，在一定条件下结构会产生失稳或疲劳破坏。把材料用于某 个局部以减振或隔振，或把材料制成整体结构是常用的设计思想。通常材料的损耗模量越 太，共振区附近的传输系数就越小，隔振效果也越好。但由于动刚度随频率的增大而增太， 在高频时隔振效果较差。在许多具体应用中，不可能把部件和振源隔开鲫螺旋浆叶片、 机罩和轿车车身等X此时，适当地设计部件的动刚度就可减弱其共振振幅，通过聚合物 中加入各种填料来实现既有高的损耗因子，又有较高的动态模量的实际要求[1．2】。因此， 动态性能的研究对复合材料结构粘弹性、疲劳、冲击及其它力学性能具有很重要的工程实 际意义。 文13,4，5。6】详细介绍了聚合物和复合材料动态粘弹性能的测试方法及理论，文[7】针对 圆柱和条型纤维增强聚合物基复合材料研究了复合材料静、动态粘弹性能，分析了不同载 荷频率变化对材料复模量的影响。本文研究了颗粒增强Glass／ED-_6复合材料的动态粘弹 性力学性能，分析了材料复模量随夹杂体积分数、载荷频率之间的变化规律，并可推广到 粘弹性基复合材料等隔振、减振结构的性能分析中去。 2复合材料的复模量 设聚合物复合材料所受到的谐波振荡应变为 e(0=e4 (1) expqox)=e‘(cOSO．1t+fsinca) 式中g‘是应变幅．印为角速度。任一时间的应变可分为实部∥CSOO．．1和虚部e‘sin耐， 可以求出它们相应的应力响应表达式 吒(f)=‰。％Aexp(iax) Q) 比较q)式与Q)式有 一691— 盯；=岛《 G) 式中L．(iw)即为动态模量，常称为复模量，它取决于夹杂体积分数f，夹杂形状比口和载 荷频率∞，且与时间t无关。拉压复模量可写作E：=E?+蟛，剪切复模量用 ∥：=p?+埘：表示，上标R，1分别代表模量的实部和虚部分量。 为简单起见．假设泊松比，，：=n，利用弹性力学理论则存在下列等式关系： 里：生：笠：篮 “) E， K?九r p。 合的四参量流变模型来模拟基体性能，如图1所示。 圈1四参量流变模型示意圈 基体的动态复模量为 霹=鼍鲁辫 耻等著辫 6， 舯胪筹噶嚼，酽蒜 P3=硝