含损伤复合材料层合板疲劳特性研究

【摘要】： 随着航空科学技术的飞速发展,民用飞机正在朝着具有更长安全使用寿命的方向发展。同时复合材料在结构重量中所占的比例越来越大,而这些结构经常要承受疲劳载荷的作用,因此其抗疲劳性能直接关系到飞机的安全性和可靠性。而损伤容限分析是满足结构完整性要求的重要组成部分,也是现代飞机结构设计必须遵循的原则之一。因此对含损伤的复合材料结构的疲劳特性的研究具有重要的工程实际意义。 本文首先从材料为T300/QY8911的单向板的疲劳分析开始,通过文献中的单轴疲劳试验数据,建立了单向板的疲劳寿命q-lgN全寿命曲线。以疲劳模量为中间变量推导了损伤函数,通过采用简化后的等寿命曲线实现了不同应力比下的载荷转换。然后,在此基础之上,建立了多向层合板的准三维有限元模型,开发了强度分析和寿命估算的程序。对材料为T300/QY8911七种铺层的层合板进行了静强度和疲劳寿命的计算和分析,通过与试验结果的对比验证了所建立的强度和疲劳寿命分析流程的合理和有效性。最后,对于含损伤的多向层合板,选取了含不同孔径的铺层形式为[±45/0/90]_(4S)的多向层合板采用上述的分析流程进行了剩余强度计算和分析。对含有不同分层位置和分层面积的,铺层形式[45/-45/0/-45/0/45/90/45/-45/0/-45/0/45]s多向层合板进行了剩余强度计算和分析。对含有圆孔和预制分层的层合板的计算结果与文献中的试验结果较为吻合,说明本文建立的分析模型和分析流程简单有效,具有一定的工程实用价值。