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CFRP层压复合材料的疲劳行为及寿命预测的研究

李广华  
【摘要】:复合材料层压板作为一种新型的结构材料,由于其高的比强度和比刚度,正从次承载力构件扩大到主承载力构件,在现代工业领域得到广泛应用,层压板的疲劳性能决定了结构的安全性和可靠性,其疲劳问题也逐渐受到工程师的重视。因此,复合材料寿命预测的研究具有重要的工程实际意义。 层压板的疲劳损伤包括纤维断裂、基体破坏和分层等破坏形式,这些形式的破坏可能同时发生,相互影响,表现出十分复杂的疲劳损伤机理。本文以T300/HT3复合材料层压结构为研究对象,从唯象的观点出发,以损伤力学为基础构造损伤函数,考虑了剩余刚度和应变比率对复合材料的疲劳性能的影响,以这些变化着的机械性能作为损伤变量,建立了复合材料的疲劳损伤模型,基于层压板拉—拉疲劳试验数据,拟合出损伤模型中的参数,从而得到层压板拉—拉疲劳损伤变化规律,并建立损伤变量与内部损伤及疲劳寿命的联系,从而预测常幅应力作用下疲劳寿命。并在试验中进行验证。这一方法克服了复合材料寿命预测模型只与刚度或强度单一因素有关的缺点和不足。 层压板材料的结构还经常在一些湿热的环境中使用,而且树脂基复合材料的基体极易吸湿,为了使复合材料在应用中充分发挥出其效能,必须清楚地了解周围环境条件对复合材料性能的影响程度和机理。其中水分环境是重要的因素之一,本文还针对T300/HT3进行了浸泡水后的疲劳性能试验,对水分对复合材料疲劳性能影响进行了初步的分析及研究。


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