Theoretical Prediction of Dynamic Elastic Moduli and Attenuation Properties of Fiber-Reinforced Composite Materials

섬유강화 복합재료의 동탄성계수 및 감쇠특성의 이론적 예측

The propagation of coherent time-harmonic elastic L-and SV-waves is studied in a medium with random distribution of cylindrical inclusions. The purpose of the research is to characterize the dynamic elastic moduli and the attenuation properties of fiber-reinforced composite materials. The cylindes representing the fibers are assumed to be distributed in parallel with each other and the direction of incident waves are normal to the cylinder axes. A multiple scattering formula using the single scattering coefficients in conjunction with the Lax's quasicrystalline approximation is derived from which the dispersion relation for such medium is obtained. In order to formulate the multiple scattering interaction between cylinders, the pair correlation functions are generated by the Monte Carlo simulation technique. From the numerically evaluated complex wavenumbers, the propagation speed of the average wave, the coherent attenuation and the effective elastic moduli are presented as functions of frequency and fiber volume fraction.

본 연구에서는 일방향(unidirectional)으로 섬유가 강화된 복합재료를 다루게 되는데, 섬유는 직경이 모두 같고, 길이가 무한이며, 서로 평행하게 정렬되엉 불규칙 하게 분포된 원형실린더로 가정한다. 먼저, 임의의 한 기준 산란체에 의한 압축파 및 SV파의 산란을 수식화하고, 기준 산란체에 대한 나머지 산란체들이 존재할 확률을 이용하여 산란계수의 통계적 기대값을 구함으로써 그 매질내에 존재하는 파동의 전파 특성을 지배하는 분산 관계식의 해를 수치적으로 구함으로써 매질의 평균전파속도, 유 효 동탄성계수 및 감쇠계수를 주파수와 체적비의 함수로 구한다. 또 구하여진 동탄 성계수의 저주파 극한값과 정적하중상태에서 구한 Hashin-Rosen의 값들과 비교하여 봄 으로써 본 연구의 타당성을 입증한다.