섬유강화 복합재료 내의 탄성파 전파

Propagation of Elastic Waves in Fiber Reinforced Composites

입자복합 재료를 대상으로 수식화되고 그 유용성이 증명된 동적 자기일치적 이론을 가장 간단한 이차원 문제인 일방향 섬유강화 복합재료 내의 SH파 전파 문제에 적용하였다. 자기일치적 조건을 주파수의 제한 없이 유도하였고 유효속도와 감쇠를 두 가지 복합재료에 대하여 계산하였다. 계산된 결과는 다중산란 이론 및 또 다른 자기일치적 이론의 결과와 비교하였다. 저 체적비에서는 본 연구의 결과와 정확한 쌍상관함수를 사용하는 다중산란 이론의 결과와 일치하였으나 또 다른 자기일치적 이론의 결과는 앞의 두 이론과 상당히 다른 결과를 나타내었다. 체적비가 증가할수록 유사한 경향을 띠고 있지만 정량적으로는 서로 다른 결과를 보여 주고 있다. 본 연구의 이론은 항상 더 작은 분산과 물리적으로 구현 가능한 감쇠를 준다는 사실을 계산 결과로부터 알 수 있다. 한 가지 중요한 관찰은 고 체적비에서는 다중산란 이론에 의한 감쇠가 저주파수에서 매우 작은 값을 나타낸다는 사실이다.

A dynamic self-consistent method previously proposed and validated for the composites containing spherical inclusions is applied to the simplest two dimensional problems : SH wave propagation in unidirectional fiber reinforced composites. The self-consistent conditions for SH wave are derived without limitation on frequency and the wave speed and coherent attenuation are calculated for two composites. THe results of the present theory are compared with those of the multiple scattering theories and another self-consistent theory. At low volume fractions, the present theoretical results coincide with those of the multiple scattering theory using exact pair-correlation function, whereas the results based on another self-consistent theory deviate markedly from the others. As the volume fraction increases, the three theories give different results although they have qualitatively similar trends. The present theoretical results for composites considered in this paper exhibit less dispersion and physically realizable attenuation. An important observation is that the multiple scattering theory predicts vanishingly small attenuation at low frequency with volume fraction is high.