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基于能量法的不同应力比下复合材料S-N曲线预测研究

白会哲  
【摘要】:随着复合材料疲劳问题研究的深入,不同的研究者采用各种不同的角度对复合材料疲劳问题进行了大量研究。怎样从已知的疲劳外载荷工况来准确预测复合材料疲劳寿命成为人们关注的焦点。工程上一般采用S-N曲线来描述复合材料疲劳寿命,但是一般只针对某个应力比外载荷下的S-N曲线,而实测不同应力比的复合材料S-N曲线是十分困难的,需要做大量的试验。因此本文在疲劳能量法的基础上,构建了一种预测不同应力比下的复合材料S-N曲线方法。 本文首先简述了疲劳问题,回顾了采用不同损伤参量来描述复合材料疲劳问题的研究现状以及采用能量方法研究疲劳问题的历程。然后详细分析了复合材料疲劳过程中的能量耗散规律,构建了能量法预测复合材料疲劳寿命的物理模型,建立了能量平衡方程并给出疲劳过程中各种形式能量解析表达式,将应力比引入累积塑性应变能,给出了预测流程。 本文介绍了不同应力比下玻璃纤维复合材料拉-拉疲劳试验,利用红外热像仪精确测量疲劳过程中试件表面温度来求得耗散热能,进而得到疲劳过程中各种能量的具体数值。最后在已知某个应力比下复合材料S-N曲线的基础上,对不同应力比下的复合材料S-N曲线进行了预测,并与试验结果进行了对比验证。


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