Моделирование Тепловых Свойств Модифицированных Композитных Материалов С Вискеризованными Волокнами

В работе исследуются термомеханические характеристики модифицированных композитов, армированных волокнами, на поверхности которых выращены хаотично расположенные и переплетающиеся между собой специальные наноструктуры - вискерсы. Такой композит рассматривается, как трансверсально изотропный материал с осью симметрии вдоль волокна. Предполагается, что фазы композита - волокно, вискеризованный межфазный слой и матрица являются изотропными материалами. Исследуется влияние объемного содержания включений в межфазный слой, толщины межфазного слоя и объемного содержания модифицированного волокна на эффективный коэффициент теплопроводности изучаемого композита. Также исследуется эффективный коэффициент температурного расширения межфазного слоя. Оценивается степень влияния объемного содержания вискерсов и коэффициентов температурного расширения вискерсов и матрицы на эффективный коэффициент температурного расширения межфазного слоя. Рассматриваются частные примеры, где вискерсами являются УНТ. Эффективный коэффициент теплопроводности моделируется при помощи процедуры двухэтапной гомогенизации. На первом этапе определяются эффективные свойства вискеризованного межфазного слоя. На втором этапе определяются эффективные свойства всего композита с использованием модели среды с цилиндрическими включениями, обобщенной на многофазную среду. Эффективный коэффициент температурного расширения межфазного слоя исследовался при помощи формулы Левина. Для рассматриваемых композитов в работе предложена упрощенная зависимость между эффективными коэффициентами расширения и эффективными модулями упругости. В работе предложены способы изменения эффективного коэффициента теплопроводности модифицированного композита и эффективного коэффициента температурного расширения вискеризованного межфазного слоя модифицированного композита за счет характеристик микроструктурных параметров. Установлено, что модификация поверхности волокна углеродными нанотрубками позволяет увеличить эффективный коэффициент теплопроводности волокнистого композита в плоскости перпендикулярной оси волокна более чем в 7 раз, а в направлении вдоль оси волокна более чем в 1,3 раза.