三維應力的復合材料層壓板疲勞壽命分析

       復合材料層壓板由于具有優異的性能，在工程技術領域得到了廣泛的應用，其抗疲勞性能也在結構設計中越來越得到重視。

       目前處理復合材料疲勞壽命問題，主要采用S-N曲線和疲勞累積損傷理論的方法，唯象地定義損傷變量，建立累積損傷模型，具體體現為剩余強度模型、剩余剛度模型、耗散能模型等。然而它們應用的對象主要是具體鋪層的層壓板，迄今為止還沒有一種成熟的普遍適用的壽命估算模型可供工程使用。以碳纖維／雙馬來酰亞胺樹脂( T300/Q Y8911)復合材料層壓結構為研究對象，在疲勞模量概念基礎上，應用累積應變損傷模型，建立發展了根據單向板在確定應力比下的疲勞試驗結果，來預測同種材料體系多向層壓板疲勞壽命的估算方法和計算程序，克服了傳統的復合材料壽命預測方法依賴于試件鋪層方式和受力方式的缺點。但該方法建立在經典層壓板應力分析的基礎之上，只能考慮面內應力及面內損傷的影響。由于層間應力的存在，受面內載荷的層壓板實際處于多軸應力狀態，將對層壓板的疲勞壽命產生顯著影
響。在復合材料多軸疲勞損傷與壽命分析方面進行了有效探索。利用文獻提出的方法預測了層壓板受低速沖擊后在壓一壓疲勞載荷作用下的疲勞壽命。本文作者在方法的基礎上，發展了一種考慮三維應力的復合材料層壓板疲勞壽命分析方法，模擬層壓板損傷產生、發展直至破壞的完整過程，并給出疲勞壽命。

       由于層間應力的存在，受面內載荷作用的復合材料層壓板實際處于多軸應力狀態。構建了由剛性元、彈簧元和二維板元構成的準三維有限元模型，結合單向板在典型應力狀態下的疲勞試驗結果和疲勞損傷模型，發展了一種考慮三維應力的、預測任意鋪層多向層壓板疲勞壽命的分析方法，包括應力分析、靜力和疲勞累積損傷失效分析及材料性能退化3個主要部分，能夠模擬面內和層間損傷產生、發展直至層壓板整體破壞的完整過程，并得到疲勞壽命。對2種T300/Q Y8911多向鋪層板進行了實際計算，壽命預測結果與試驗結果吻合較好。

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