铺设方式对复合材料层合板疲劳寿命的影响研究

发布时间：2020-08-10 12:01

【摘要】：复合材料因为良好的力学性能,在航空航天、汽车、动力等工程中得到越来越广泛的应用。在工程使用中,复合材料的承载需求不断提高并且承载情况愈加复杂,通常受到交变载荷作用发生疲劳失效。因此疲劳寿命长短逐渐被视为复合材料性能好坏的一个重要判定依据,学者们对复合材料疲劳性能的研究越来越重视。复合材料与金属材料的构造不同,在外载荷作用下的破坏规律有很大差别。复合材料在疲劳载荷作用下其破坏形式多样,复杂的破坏规律给复合材料疲劳寿命的预测带来了严峻的挑战。铺设方式是复合材料层合板疲劳性能的重要影响因素,因此铺设方式对复合材料层合板疲劳寿命的影响研究具有重要的意义。本文主要研究不同铺设方式对复合材料层合板疲劳寿命的影响。首先介绍复合材料疲劳破坏机理,并总结复合材料疲劳性能的影响因素和现有的复合材料疲劳失效分析模型;其次分析不同铺设方式对复合材料层合板力学性能的影响,以及不同的力学性能对复合材料层合板疲劳寿命的影响。在分析过程中定义多个铺设参数来描述铺设方式对复合材料层合板疲劳寿命的影响规律;然后设计以不同铺设方式的复合材料层合板为研究对象的试验方案,由试验数据验证铺设参数可以用来分析复合材料层合板铺设方式对其疲劳寿命的影响;最后在全文的研究过程中提出一个S-N曲线模型,该模型体现了复合材料层合板铺设方式对其疲劳寿命的影响。针对铺设方式对复合材料层合板疲劳寿命的影响,本文给出了几点影响规律。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【图文】：

疲劳损伤,复合材料,疲劳破坏,形式

铺设方式对复合材料层合板疲劳寿命的影响研究出了很多合理的疲劳性能分析方法和理论。学者们的成果正不断地完善知与应用，推动了复合材料在各个领域的发展。板疲劳破坏机理研究由不同角度的单层铺设而成，每个单层由纤维和基体两种成份复合而成荷下的疲劳破坏分为层内疲劳破坏和层间疲劳破坏，其中层内疲劳破坏基体与纤维粘结处的界面剪切破坏以及纤维断裂；层间疲劳破坏形式存间基体裂纹饱和后的分层破坏。

示意图,单向板,受力,加载

料为基体和纤维，两者的热膨胀性能不同，对温度的行疲劳试验时，由损伤产生的热量不能及时散发不去性能随着温度的升高而降低且各组份材料因温度升高界面层产生热应力差，温度升高的结果就是加速了的疲劳性能下降速率越快。赵承杰等[2]进行了帘线橡种频率下疲劳试验，试验结果表明在给定应变幅值下速率加快和耐久极限降低。角度的单层板组合而来。对称层合板作为一个整体，单层的纵向位移和纵向应变是一致。层合板各单层的向刚度有关，各单层的层内应力由刚度分配而来。对荷时，x 方向应力x(纵向外加载荷方向应力)可分解方向应力2(垂直于纤维方向的应力)和 1-2 平面内的面内应力)。

过程图,损伤扩展,纤维复合材料,层合板

南京航空航天大学全日制专业硕士学位论文扩展过程如图(1.3)所示。按损伤的位置可以分为层内损伤和层间损伤，且损慢-快”的非线性规律。因为基体比纤维性能弱得多，一开始时为基体开裂，近均匀状态的基体裂纹，在基体裂纹密度到达饱和状态即特征损伤状态(CD损伤是以较快速度累计的；在到达特征损伤状态后，基体裂纹近乎不再增加的应力不足以破坏纤维而是沿着基体-纤维界面进行扩展，此时层合板损伤累基体-纤维界面脱胶和分层的层间损伤形式；层内和层间的裂纹相互耦合出现较与纤维之间的互助作用减弱且裂纹尖端应力足以使纤维断裂，发生纤维断裂断裂会加速基体开裂、基体-纤维界面脱胶和分层的损伤扩展，各种损伤相互伤累积加速。随着损伤的累积，层合板的性能逐渐降低即承受损伤的能力逐累积达到临界值时，层合板无法承受外载荷发生整体断裂。累积损伤模型就伤原理定义一个符合其损伤扩展过程的函数来进行描述。

【参考文献】