纖維增強(qiáng)復(fù)合材料壽命預(yù)測與疲勞性能衰減研究.pdf

1、復(fù)合材料因其優(yōu)良的材料性能而被廣泛應(yīng)用于航空領(lǐng)域。為提高飛機(jī)性能，降低使用成本，一個必然途徑是提高復(fù)合材料的設(shè)計許用應(yīng)變/強(qiáng)度，如此，則材料原先被靜強(qiáng)度所覆蓋的疲勞問題將逐漸暴露出來，復(fù)合材料的抗疲勞設(shè)計將成為飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要關(guān)注點(diǎn)。而現(xiàn)階段有關(guān)復(fù)合材料疲勞行為研究的理論結(jié)果與實際情況相差較大，仍處于初級階段，需要對復(fù)合材料疲勞行為展開廣泛而深入的研究。鑒此，本文從以下幾個方面對復(fù)合材料疲勞行為進(jìn)行研究：
　　 首先研究了復(fù)合

2、材料的疲勞損傷演化規(guī)律，并通過可檢測的材料剩余剛度定義一個反映損傷大小的參量，由此構(gòu)建了含兩未知參數(shù)的宏觀唯象損傷模型。再依據(jù)復(fù)合材料剛度衰減速率在壽命全區(qū)域內(nèi)呈“快→緩→快”的變化特點(diǎn)，并結(jié)合損傷模型的函數(shù)特征，推導(dǎo)出兩模型參數(shù)成線性關(guān)系，以及參數(shù)與外加載荷水平成反比，與材料靜強(qiáng)度、疲勞壽命成正比。算例結(jié)果表明該模型能對變幅載荷下復(fù)合材料的剩余壽命給出較好預(yù)測結(jié)果，與試驗值的誤差基本限于3倍范圍內(nèi)；
　　 其次研究了給定疲勞壽

3、命下層合板疲勞強(qiáng)度間的相互聯(lián)系。采用疲勞強(qiáng)度比描述任意鋪角單向板與縱、橫向板間疲勞強(qiáng)度的聯(lián)系，并分析知疲勞強(qiáng)度比隨材料疲勞壽命增加而遞減、隨鋪設(shè)角度增加而先遞減后遞增；通過分析剛度退化規(guī)律來反映層合板與縱、橫向板間疲勞強(qiáng)度的聯(lián)系，并詳細(xì)分析了以纖維影響為主和以基體影響為主的層合板的剛度退化的不同模式。再結(jié)合復(fù)合材料疲勞壽命曲線方程后，構(gòu)建一套利用縱、橫向板疲勞壽命預(yù)測任意鋪設(shè)單向板、層合板疲勞壽命的方法。算例結(jié)果表明該方法預(yù)測的疲勞壽命

4、值與試驗值相吻合；
　　 再次研究了復(fù)合材料靜強(qiáng)度和其疲勞壽命分散性來源的特征，二者的共性是均受材料內(nèi)部的初始缺陷影響，不同點(diǎn)是不同的加載方式引起不同特征的損傷。結(jié)合一個材料疲勞壽命曲線方程，且依據(jù)材料在等置信度等存活疲勞壽命曲線中任一點(diǎn)處的疲勞強(qiáng)度與疲勞壽命的失效概率相等的統(tǒng)計規(guī)律，構(gòu)建了一個基于復(fù)合材料靜強(qiáng)度概率分布描述任意載荷下其疲勞壽命概率分布的模型。5組算例結(jié)果表明模型值與試驗值比較吻合。
　　 接著研究了復(fù)合

5、材料剩余強(qiáng)度的衰減規(guī)律，即隨加載次數(shù)增加，其衰減速率先較大，再變慢，后再次增大至材料斷裂，由此提出一個兩參數(shù)宏觀模型對其進(jìn)行描述。在進(jìn)一步分析剩余強(qiáng)度衰減特點(diǎn)后得兩參數(shù)與層合板的鋪設(shè)角度、加載水平等成正比，而與層合板疲勞壽命成反比。并以此模型為基礎(chǔ)推導(dǎo)了復(fù)合材料靜強(qiáng)度分散性與剩余強(qiáng)度分散性間的聯(lián)系。10組算例結(jié)果表明該模型合理描述了復(fù)合材料剩余強(qiáng)度的衰減規(guī)律。
　　 最后研究了復(fù)合材料缺口件剩余強(qiáng)度的演化規(guī)律，即隨加載次數(shù)增加，