层板复合材料疲劳性能的实验研究

对层板复合材料在拉伸 -拉伸疲劳载荷作用下的初始静刚度、初始静强度、剩余刚度、剩余强度、疲劳寿命进行了实验研究 ,取得了大量的有意义的实验数据 ,分析了层板复合材料的初始静刚度、初始静强度和疲劳寿命的概率分布 ,讨论了层板复合材料在不同应力水平下剩余刚度随疲劳循环周次的衰减变化及损伤破坏的形式 ,得到了一些有意义的结论     

层板复合材料疲劳性能的唯象学研究模型及其应用

介绍了层板复合材料在疲劳载荷作用下剩余强度衰退模型、剩余刚度衰退模型及剩余强度和剩余刚度的关系模型，给出了模型的实验验证实例，讨论了这些模型的应用范围及需要进一步研究的问题。     

层板复合材料疲劳性能的唯象学研究模型及其应用

介绍了层板复合材料在疲劳载荷作用下的剩余强度衰退模型、剩余刚度衰退模型及剩余强度和剩余刚度的关系模型 ,给出了模型的实验验证实例 ,讨论了这些模型的应用范围及需要进一步研究的问题     

层板复合材料的疲劳剩余寿命预报模型

应用可靠性分析的方法，导出了层板复合材料在疲劳载荷作用下的疲劳剩余寿命的预报模型。该模型已用典型层板复合材料在恒幅疲劳载荷作用下的实验数据进行了验证，实验结果表明，理论预测结果与实验值的接近程度是合理的。     

层板复合材料的疲劳剩余寿命预报模型

应用可靠性分析的方法 ,导出了层板复合材料在疲劳载荷作用下的疲劳剩余寿命的预报模型。该模型已用典型层板复合材料在恒幅疲劳载荷作用下的实验数据进行了验证。实验结果表明 ,理论预测结果与实验值的接近程度是合理的     

复合材料层板在疲劳下的剩余刚度衰退理论

本文根据实验规律,将复合材料层板的性能参数视成随机变量,提出了一个剩余刚度的衰退理论。建立了剩余刚度分布函数公式,给出了剩余刚度和剩余强度以及寿命的关系,并用试验进行了验证。     

单向碳/碳复合材料拉-拉疲劳寿命及剩余强度预测模型

基于预测单向复合材料纵向拉伸强度的随机核模型,引入纤维单丝剩余强度二参数Weibull模型及纤维单丝与基体界面剩余强度模型,研究建立了单向复合材料纵向拉-拉疲劳寿命及剩余强度的预测模型。对经过一定次数拉-拉疲劳载荷循环后的纤维束抽取其纤维单丝进行剩余强度拉伸试验,建立了纤维单丝剩余强度的二参数Weibull模型,测试单向碳/碳（C/C）复合材料的纤维与基体界面强度。通过单向C/C复合材料算例分析表明,92.5%、90.6%和87.5%应力水平下对数预测寿命与对数试验寿命比值分别为0.79、1.00和1.11,表明所建立的寿命预测模型用于预测单向C/C复合材料疲劳寿命是可行的;纵向拉伸剩余强度预测值与试验值误差在10%以内,吻合较好,表明所提出的剩余强度预测模型具有较高的精度。     

碳/碳复合材料疲劳损伤失效试验研究

对单向碳/碳复合材料纵向拉-拉疲劳特性及面内剪切拉-拉疲劳特性进行了试验研究; 对三维四向编织碳/碳复合材料的纵向拉-拉疲劳特性及纤维束-基体界面剩余强度进行了试验研究。使用最小二乘法拟合得到了单向碳/碳复合材料纵向及面内剪切拉-拉疲劳加载下的剩余刚度退化模型及剩余强度退化模型, 建立了纤维束-基体界面剩余强度模型。结果显示: 单向碳/碳复合材料在87.5%应力水平的疲劳载荷下刚度退化最大只有8.8%左右, 在70.0%应力水平的疲劳载荷下, 面内剪切刚度退化最大可达30%左右; 三维四向编织碳/碳复合材料疲劳加载后强度及刚度均得到了提高; 随着疲劳循环加载数的增加, 三维四向编织碳/碳复合材料中纤维束-基体界面强度逐渐减弱。      

考虑温度和纤维含量影响的单向层合板材料的退化模型

根据复合材料的疲劳损伤机理,重新定义了疲劳损伤因子.根据这个疲劳损伤因子,提出了一种考虑纤维的含量和温度影响的单向纤维增强复合材料剩余刚度和剩余强度的模型;进而根据室温剩余刚度-剩余强度关联模型引入温度修正参数得到了一定温度下的剩余刚度-剩余强度关联模型,并进一步得到了与剩余刚度相关的剩余强度模型.于是,在建立剩余强度...     

复合材料层压板剩余刚度剩余强度关联模型

基于剩余强度和剩余刚度取决于同一损伤状态的假设,给出了基于剩余刚度的损伤定义和基于剩余强度的损伤定义之间的关系,建立了剩余刚度剩余强度关联模型。用3种不同铺层形式的层压板试验数据对本文中提出的剩余刚度模型及剩余强度模型进行了验证,结果表明:本文中提出的剩余刚度和剩余强度模型能很好地描述复合材料层压板疲劳过程中的剩余刚度和剩余强度退化规律;通过关联模型,可以在已知剩余刚度退化规律的前提下,用少量剩余强度试验确定剩余强度退化规律;与剩余刚度关联的剩余强度模型中的参数可以被认为是材料常数。      

T300/648复合材料迭层板接头挤压疲劳累积损伤问题的实验研究

本篇论文根据“剩余强度,剩余刚度”理论,讨论了碳纤维增强复合材料迭层板承载孔的挤压疲劳损伤,应用孔的永久变形描述损伤的产生和扩展,提出了“损伤函数”的定义和测定方法,并提出了新的“疲劳损伤点”的概念。实验还研究了温度对连接孔静挤压强度和疲劳寿命的影响。实验结果表明,温度的影响尤为重要。对损伤失效试件,采用“揭层方法”、“X射线”及“SEM方法”进行检测和损伤机理的研究。     

循环加载条件下复合材料层板的剩余刚度试验研究

对玻璃纤维／环氧和碳纤维／环氧复合材料层板进行了循环拉伸加载试验，研究了纤维铺设角度对复合材料层板力学性能的影响。通过对多种复合材料层板循环拉伸加载，观察复合材料的剩余刚度变化的一般规律，为复合材料的优化设计提供必要的理论依据。     

含低速冲击损伤复合材料层合板剩余压缩强度及疲劳性能试验研究

对T300/QY8911复合材料层板进行了低速冲击、 冲击后压缩以及冲击后疲劳试验研究。通过对冲击后的层板进行目视检测和超声C扫描获得了层板受低速冲击后的若干损伤特征; 在压-压疲劳试验中, 测量了损伤的扩展情况。讨论了冲击能量与损伤面积以及冲击后剩余压缩强度的关系, 分析了含冲击损伤层合板在压缩载荷及压-压疲劳载荷下的主要破坏机制。结果表明, 低速冲击损伤对该类层板的强度和疲劳性能影响很大, 在3.75 J/mm的冲击能量下, 层板剩余压缩强度下降了65%; 在压-压疲劳载荷作用下, 其损伤扩展大致可分为两个阶段, 占整个疲劳寿命约60%的前一阶段损伤扩展较为缓慢; 而疲劳寿命的后半阶段损伤则开始加速扩展, 并导致材料破坏。     

FRP复合材料剩余刚度退化复合模型

为建立剩余刚度与材料损伤量及剩余寿命的关系, 将纤维增强树脂复合材料(FRP)层合板在拉-拉疲劳载荷作用下的失效模式划分为纤维间破坏、纤维随机断裂与分层3种类型, 分析不同失效模式与剩余刚度退化量的定量关系, 提出一个集成各失效模式影响的剩余刚度退化复合模型。该模型适用于占寿命绝大多数比例的Ⅰ、Ⅱ阶段, 避免了Ⅲ阶段刚度降不确定性的影响。剩余刚度退化曲线按时间尺度归一化, 消除了试件个体分散性影响, 分散性显著降低。对4种E-glass/Epoxy玻璃纤维复合材料层压板与3种AS-4/聚醚醚酮(PEEK)碳纤维复合材料层压板的疲劳试验结果进行了统计分析, 表明本文模型适于精确描述复合材料的剩余刚度下降规律。      

5052铝合金胶接接头静强度及疲劳性能研究

运用实验方法研究了胶接接头的静强度及其疲劳性能。对胶接接头进行静力学实验,并在此基础上选用6种不同载荷水平对胶接接头进行疲劳实验,获得了接头的载荷-寿命(F-N)曲线。试验结果表明:胶接接头静强度为同尺寸铝合金板静强度的77.5%,说明胶接接头有较高的静强度。当疲劳载荷水平大于最大静载荷平均值的50%时,接头F-N曲线呈线性趋势变化;随着疲劳载荷水平的不断提高,接头失效形式更多地表现为混合破坏。通过分析疲劳失效接头刚度变化可知:在各疲劳载荷水平下,接头刚度的线性趋势变化在整个疲劳周期内占很大比例,疲劳载荷水平越低,接头刚度降低越慢;接头刚度的变化表明在接头内产生了裂纹并逐步扩展。     

碳纤维束疲劳损伤失效试验

为了解碳纤维束的疲劳特性及疲劳加载后剩余强度的变化, 为建立碳纤维复合材料疲劳性能的细观力学分析模型提供必要的基础数据, 研究设计了碳纤维束静载力学性能及疲劳特性试验方案, 并进行了试验。采用最小二乘法拟合得到了单束碳纤维的应力-寿命(S-N)曲线。对经过预疲劳的碳纤维束试验件进行了剩余强度试验, 采用最小二乘法拟合得到了碳纤维束疲劳加载剩余强度模型。试验结果表明: 试验所用碳纤维束的条件疲劳极限为静拉伸强度的80.47%; 碳纤维束经历一定循环次数的拉-拉疲劳可以提高其强度, 其剩余强度随着疲劳加载循环次数的增加先增加后减小。     

单向层合板拉-拉及压-压疲劳加载材料退化模型

以刚度退化为基础,并结合正则化疲劳寿命预测方法,推导建立了单层板疲劳累积损伤过程剩余刚度退化模型,同时给出了剩余强度退化模型.本文退化模型适用于拉-拉及压-压疲劳加载任意应力水平和应力比下的单层板疲劳寿命预测,所建立的剩余刚度退化模型显著减少为获得模型参数所必需的试验件数量,经济性好.最后,通过试验研究,建立了材料T300/BMP-316单向层合板疲劳加载各主方向剩余刚度退化表达式、剩余强度退化表达式及疲劳寿命表达式,为层合板结构疲劳损伤分析提供了有力依据.     

复合材料层合板低速冲击后压-压疲劳试验研究及寿命预报

进行了复合材料层合板低速冲击和冲击后压-压疲劳试验。在疲劳试验过程中详细测量了损伤扩展情况,获得了损伤扩展规律。将冲击损伤等效为一圆形开孔,应用含椭圆形夹杂的杂交应力单元分析含圆孔有限大板的应力分布,采用特征曲线和点应力判据相结合的方式并通过引入损伤扩展规律建立了含低速冲击损伤复合材料层板压-压疲劳寿命预测模型。通过与试验数据的对比,证明了该模型的有效性。同时,该模型还可预报在疲劳载荷下含冲击损伤层板的剩余压缩强度。     

考虑纤维体积含量的单向层合板材料退化模型

基于损伤因子与刚度和强度退化的关系,考虑纤维体积含量vf和应力水平对单向层合板材料性能的影响,推导建立了单向层合板疲劳累积损伤过程剩余刚度和剩余强度退化模型。通过对三种vf单向层合板的疲劳试验,对本文建立的剩余刚度和剩余强度退化模型进行了验证。结果表明:本文提出的模型能较好地描述不同vf层合板疲劳过程中的面内剪切剩余刚度和剩余强度的退化规律,为层合板疲劳损伤分析提供了有力依据。     

含分层损伤缝合复合材料层板的剩余压缩强度

基于渐进损伤方法,研究了含单脱层缝合复合材料层板在压缩载荷下的剩余强度。通过商用软件ABAQUS建立了含单脱层缝合复合材料层板剩余压缩强度计算模型,考虑了子层屈曲和分层扩展对剩余强度的影响。通过UMAT子程序实现了层板失效、层间失效和缝线失效的模拟。通过嵌入式杆单元结构模拟了缝线桥联作用及失效。采用Hashin准则及刚度折减法对纤维拉压、基体拉压失效进行了模拟。通过渐进损伤分析,揭示了缝合情况下含单脱层复合材料层板的失效机理,讨论了缝合参数对剩余压缩强度的影响。所预测的破坏模式和剩余强度结果与实验能较好地吻合。分析表明缝合可以明显提高含分层损伤复合材料层板的子层屈曲载荷,抑制分层扩展,并提高层板的剩余压缩强度。