三维应力的复合材料层压板疲劳寿命分析

       复合材料层压板由于具有优异的性能，在工程技术领域得到了广泛的应用，其抗疲劳性能也在结构设计中越来越得到重视。

       目前处理复合材料疲劳寿命问题，主要采用S-N曲线和疲劳累积损伤理论的方法，唯象地定义损伤变量，建立累积损伤模型，具体体现为剩余强度模型、剩余刚度模型、耗散能模型等。然而它们应用的对象主要是具体铺层的层压板，迄今为止还没有一种成熟的普遍适用的寿命估算模型可供工程使用。以碳纤维／双马来酰亚胺树脂( T300/Q Y8911)复合材料层压结构为研究对象，在疲劳模量概念基础上，应用累积应变损伤模型，建立发展了根据单向板在确定应力比下的疲劳试验结果，来预测同种材料体系多向层压板疲劳寿命的估算方法和计算程序，克服了传统的复合材料寿命预测方法依赖于试件铺层方式和受力方式的缺点。但该方法建立在经典层压板应力分析的基础之上，只能考虑面内应力及面内损伤的影响。由于层间应力的存在，受面内载荷的层压板实际处于多轴应力状态，将对层压板的疲劳寿命产生显著影
响。在复合材料多轴疲劳损伤与寿命分析方面进行了有效探索。利用文献提出的方法预测了层压板受低速冲击后在压一压疲劳载荷作用下的疲劳寿命。本文作者在方法的基础上，发展了一种考虑三维应力的复合材料层压板疲劳寿命分析方法，模拟层压板损伤产生、发展直至破坏的完整过程，并给出疲劳寿命。

       由于层间应力的存在，受面内载荷作用的复合材料层压板实际处于多轴应力状态。构建了由刚性元、弹簧元和二维板元构成的准三维有限元模型，结合单向板在典型应力状态下的疲劳试验结果和疲劳损伤模型，发展了一种考虑三维应力的、预测任意铺层多向层压板疲劳寿命的分析方法，包括应力分析、静力和疲劳累积损伤失效分析及材料性能退化3个主要部分，能够模拟面内和层间损伤产生、发展直至层压板整体破坏的完整过程，并得到疲劳寿命。对2种T300/Q Y8911多向铺层板进行了实际计算，寿命预测结果与试验结果吻合较好。

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