CFRP层合板疲劳寿命预测方法

发布时间：2020-10-28 09:02

【摘要】：纤维复合材料具有高的比强度、比刚度及耐高温等优异性能,使得它在航空、航天、车辆及风力发电等领域获得了越来越广泛的应用。在复合材料的结构设计中,不仅要考虑该材料的静态力学特性,还要保证在受到周期性疲劳载荷作用下不发生严重的破坏。疲劳损伤的产生、扩展及累积往往会加剧材料的环境腐蚀和应力腐蚀,造成强度和刚度的急剧损失,很大程度上降低了材料的使用寿命。因此,对复合材料疲劳损伤特性的评估已成为一个研究热点。首先,介绍了国内外对复合材料疲劳寿命预测方法的研究现状,重点分析了剩余强度模型、剩余刚度模型及疲劳模量模型,确定采用复合材料疲劳损伤累积的演化规律来预测复合材料的结构疲劳寿命。疲劳损伤不能被直接测量,所以采用复合材料的弹性模量来定量评估疲劳损伤。其次,基于复合材料层合板疲劳损伤演化机制,提出了一种考虑多种疲劳影响因素的剩余刚度退化模型,并把该模型应用于预测复合材料层合板的疲劳寿命。该模型综合考虑了组分材料的力学特性、纤维铺层角度、界面强度及纤维体积含量等因子。采用该模型预测层合板疲劳寿命主要包括三维模型建立、疲劳失效判定及材料性能退化。选取含缺陷孔的层合板为研究对象,利用三维有限元软件进行应力分析;引入改进Hashin失效准则对不同失效模式进行判定;采用单元突降退化模型和渐进退化模型分别对完全失效单元和准失效单元进行力学性能退化。最后,对T300/YPH-209层合板进行静拉伸实验,获取该材料的拉伸强度。然后,进行不同应力水平下的层合板拉-拉疲劳实验,获取该材料的疲劳寿命,并绘制S-N曲线。通过实时监测层合板的剩余刚度退化,绘制不同循环次数下的剩余刚度值,从而得到应力水平对剩余刚度规律的影响。把实验值和模型预测值进行对比,验证了模型的可行性。
【学位授予单位】：江苏理工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB33
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 S-N曲线方法
        1.2.2 剩余强度模型
        1.2.3 剩余刚度模型
        1.2.4 疲劳模量模型
        1.2.5 耗散能模型
        1.2.6 Markov链损伤扩展模型
        1.2.7 研究现状总结
    1.3 本文的主要研究工作
第二章 CFRP层合板疲劳损伤剩余刚度退化模型
    2.1 引言
    2.2 层合板疲劳损伤演化机制
    2.3 疲劳累积损伤模型的基本假设
    2.4 基于剩余刚度退化的层合板疲劳损伤模型
        2.4.1 层合板疲劳损伤影响因素
        2.4.2 层合板疲劳损伤剩余刚度模型
    2.5 本章小结
第三章 CFRP层合板疲劳寿命预测分析方法
    3.1 引言
    3.2 层合板宏观力学分析
        3.2.1 层合板应力状态
        3.2.2 单向层合板的应力-应变关系
    3.3 层合板疲劳寿命预测分析基本流程
        3.3.1 复合材料层合板静拉伸强度预测
        3.3.2 复合材料层合板轴向拉-拉疲劳寿命预测
    3.4 层合板疲劳失效判定准则
    3.5 层合板疲劳损伤时的性能退化方法
        3.5.1 渐降退化方法
        3.5.2 突降退化方法
    3.6 复合材料层合板三维疲劳失效分析
        3.6.1 层合板结构设计
        3.6.2 层合板模型建立
        3.6.3 结果分析
    3.7 本章小结
第四章 T300/YPH209层合板疲劳试验与模型验证
    4.1 引言
    4.2 实验准备
        4.2.1 试件制备
        4.2.2 实验的规范和环境
        4.2.3 实验设备
    4.3 单向拉伸载荷下的静强度拉伸试验
        4.3.1 应力-应变曲线
        4.3.2 静拉伸断口形貌
    4.4 单向拉-拉载荷下的疲劳试验
        4.4.1 试件S-N曲线
        4.4.2 不同应力水平下的剩余刚度分析
        4.4.3 疲劳断口形貌分析
        4.4.4 实验结果与模型验证
    4.5 本章小结
第五章 结论与展望
    5.1 全文总结
    5.2 展望
参考文献
攻读学位期间研究成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2859874