溫度環(huán)境下復合材料層合結構疲勞壽命預測方法研究.pdf

1、復合材料層合結構作為航空航天結構的關鍵材料近年來廣泛使用于各種航空航天結構中，并收到了良好的減重、抗疲勞、曲面外形優(yōu)異等效果。隨著復合材料的深入應用，對其在溫度環(huán)境下的疲勞行為的研究顯得必要而緊迫。
　　首先，本文提出并建立了基于最弱環(huán)理論的層合結構靜強度/疲勞壽命預測方法。從單層板強度與疲勞壽命服從 Weibull分布出發(fā)，基于概率理論及最弱環(huán)理論，以層合板的每一單層作為研究對象，認為層合板是由各單層串聯(lián)的環(huán)，一旦某一層發(fā)生了失

2、效，整個層合結構便發(fā)生失效?；谠搶W術觀點，推導建立了層合板失效概率與單層板失效概率之間的關系，即層合板失效概率與單層板特征壽命、疲勞循環(huán)以及分散系數之間的關系，結合單層板的等壽命曲線，建立了復合材料層合板的強度/疲勞壽命預測方法。引用文獻中的T300/BMP316層合板在室溫下的靜強度/疲勞壽命試驗數據，采用該方法對層合板的拉伸強度與疲勞壽命進行預測，靜強度預測誤差在8％以內，疲勞壽命預測誤差在三倍誤差帶之內。
　　其次，將最弱

3、環(huán)理論與有限元方法相結合，提出并建立了基于最弱環(huán)理論的層合結構靜強度/疲勞壽命有限元預測方法。認為單元內任意一點發(fā)生失效，則整個單元便發(fā)生失效；當失效單元擴展到整個結構無法承載時，則整個結構便發(fā)生失效。基于此，推導了單元失效概率與單層板失效概率之間的關系即單元失效概率與單層板特征壽命、疲勞循環(huán)以及分散系數之間的關系，建立了相應的有限元預測方法。引用文獻中的層合板接頭的疲勞試驗數據，采用該方法對層合板接頭的疲勞壽命預測誤差在三倍誤差帶之內

4、。
　　然后，本文采用Mivehchi的溫度與單層板剛度/強度公式，得到溫度環(huán)境下單層板的強度/剛度與溫度的關系式，并用于修正室溫下的單層板等壽命曲線，即特征疲勞壽命與溫度環(huán)境下應力的關系式，從而解決了溫度環(huán)境下的復合材料層合板結構的強度與壽命設計分析難題。
　　同時，為了驗證本文提出的預測方法在溫度環(huán)境下的有效性，本文進行了溫度環(huán)境下的層合板靜強度和疲勞壽命預測計算與試驗驗證。開展了基于T300/BMP316層合板溫度環(huán)境