基于能量理论的复合材料拉-压疲劳寿命预测研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:oraclenienan
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随着复合材料被广泛应用于航空、航天、能源、交通等领域,复合材料结构的疲劳寿命问题日益凸显,已成为制约复合材料结构安全性能的重要因素,现阶段,工程界主要通过试验方法获取复合材料结构的疲劳寿命,因此如何在较少的投入下去预测复合材料在不同应力水平下的疲劳寿命成为了研究人员关注的重要问题之一。本文基于能量平衡原理,尝试建立一个能够预测复合材料拉-压疲劳寿命的能量方法,该方法能对不同拉-压应力比下层合板的疲劳寿命进行估算。从能量平衡角度研究复合材料的疲劳破坏过程,材料的输入能量是外载荷对复合材料所做的功,表现为材料的循环滞回能;而材料的输出能量是耗散能和疲劳破坏能,其中耗散能主要以热的形式向外界耗散,它使得材料表面温度升高;而疲劳破坏能是导致复合材料产生裂纹、裂纹扩展、断裂破坏的能量,与材料的疲劳寿命密切相关。本文以疲劳破坏能为桥梁,分析研究复合材料拉-压循环载荷与其疲劳寿命之间的关联性。具体研究工作如下:(1)本文分析了复合材料疲劳过程中的能量构成体系,研究了材料单次循环与全寿命期内的能量关系;(2)进行了玻璃纤维层合板的系列拉-压疲劳试验,通过光透法、红外测温等手段研究了裂纹密度、温度在全寿命期内的变化规律,发现循环滞回能与应变变程成线性关系,提出了其与加载次数间的量化模型。(3)研究了拉-压应力比、载荷水平对疲劳破坏能的影响规律,发现疲劳破坏能与疲劳寿命间存在一一对应关系,进而提出了预测复合材料拉-压疲劳寿命的能量方法,并通过系列层合板的疲劳试验数据进行验证,结果表明所提模型的寿命预测值与试验结果比较吻合。
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