Расчетно-теоретическое определение диэлектрической проницаемости полимерных композиционных материалов методом многомасштабного моделирования. Часть 2. Углепластик

Сформулированы этапы гомогенизации полимерного композиционного материала на основе углеволокна и эпоксидного связующего с использованием многомасштабного моделирования. Разработана математическая модель переноса электромагнитного излучения в полимерном композиционном материале, армированного углеродным волокном, которая позволяет анализировать влияние параметров углеволокна на напряженность электрического поля по мере прохождения электромагнитной волны через образец. Дана постановка обратной задачи по определению гомогенных электрофизических характеристик материала. Предложена математическая модель прохождения электромагнитного излучения через представительный элемент объема нити и многослойного пакета углепластика. На основе решения обратной задачи определены гомогенные электрофизические характеристики представительного элемента объема нити и многослойного пакета углепластика. Проведена валидация модели углепластика путем сравнения расчетных значений диэлектрической проницаемости с экспериментальными данными, Устновлено, что различие характеристик не превышает 6 %.
EDN: CHKRVB, https://elibrary/chkrvb

Литература

[1] Li X. Eddy current techniques for non-destructive testing of carbon fibre reinforced plastic (CFRP). PhD thesis. University of Manchester, 2012. 185 p.

[2] Yin W., Li X., Withers P.J. et al. Non-contact characterization of hybrid aluminium/carbonfibre-reinforced plastic sheets using multi-frequency eddy-current sensors. Meas. Sci. Technol., 2010, vol. 21, no. 10, art. 105708, doi: https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/10/105708

[3] Meng F., Pickering S.J., McKechnie J. An environmental comparison of carbon fibre composite waste end-of-life options. SAMPE Europe Conf., 2018. URL: https://www.nasampe.org/store/ViewProduct.aspx?ID=13877922 (дата обращения: 15.06.2024).

[4] Suzuki T., Takahashi J. LCA of lightweight vehicles by using CFRP for mass-produced vehicles. Proc. 15th Conf. on Composite Materials, 2005. URL: http://j-t.o.oo7.jp/publications/050627TS.pdf (дата обращения: 15.06.2024).

[5] Sun X., Liu J., Lu B. et al. Life cycle assessment-based selection of a sustainable lightweight automotive engine hood design. Int. J. Life Cycle Assess., 2017, vol. 22, no. 9, pp. 1373–1383, doi: https://doi.org/10.1007/s11367-016-1254-y

[6] Mrazova M. Advanced composite materials of the future in aerospace industry. Incas Bull., 2013, vol. 5, no. 3, pp. 139–150, doi: http://dx.doi.org/10.13111/2066-8201.2013.5.3.14

[7] Quilter A. Composites in aerospace applications. IHS, 2001. 5 p.

[8] Ibrahim M.E. Nondestructive evaluation of thick-section composites and sandwich structures. A review. Compos. Part A Appl. Sci. Manuf., 2014, vol. 64, pp. 36–48, doi: https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2014.04.010

[9] Loyola B.R., La Saponara V., Loh K.J. In situ strain monitoring of fiber-reinforced polymers using embedded piezoresistive nanocomposites. J. Mater. Sci., 2010, vol. 45, no. 24, pp. 6786–6798, doi: https://doi.org/10.1007/s10853-010-4775-y

[10] Marsh G. Airbus A350 XWB update. Reinf. Plast., 2010, vol. 54, no. 6, pp. 20–24, doi: https://doi.org/10.1016/S0034-3617(10)70212-5

[11] Kotik A., Usyukin V., Vinogradov I. et al. Simulation of reflecting surface deviations of centimeter-band parabolic space radiotelescope (SRT) with the large-size mirror. Proc. SPIE, 2017, vol. 105671, art. 105671A, doi: https://doi.org/10.1117/12.2308118

[12] Belenkov E.S., Prosuntsov P.V., Reznik S.V. Thermophysical processes models in composite workpieces processed by microwave radiation. IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng., 2019, vol. 683, art. 012029, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/683/1/012029

[13] Kwak M. Microwave curing of carbon-epoxy composites: process development and material evaluation. London, Imperial College, 2016. 175 p. doi: https://doi.org/10.25560/39284

[14] Wang Y., Wen Z., Long L. et al. Dielectric response and microwave absorption properties of SiC whisker coated carbon fibers. J. Mater. Sci.: Mater. Electron., 2019, 30, pp. 15075–15083, doi: https://doi.org/10.1007/s10854-019-01880-2

[15] Li Z., Haigh A., Soutis C. et al. X-band microwave characterisation and analysis of carbon fibre-reinforced polymer composites. Compos. Struct., 2019, vol. 208, pp. 224–232, doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.09.099

[16] Khan J.B., Smith A.C., Tuohy P. et al. Experimental electrical characterisation of carbon fibre composites for use in future aircraft applications. IET Sci. Meas. Technol., 2019, vol. 13, no. 8, pp. 1131–1138, doi: https://doi.org/10.1049/iet-smt.2018.5601

[17] Бабенко А.Н., Громыко А.Н. Электромагнитные поля и волны. Йошкар-Ола, МарГТУ, 2003. 370 с.