复合材料层板疲劳过程中温升规律研究及寿命预测

研究了复合材料层板在拉拉疲劳载荷作用下的温升规律，讨论了利用温升作为损伤参量来表征复合材料疲劳损伤规律的可行性，结果表明，用温度变化来反映材料的损伤，可以得到与用刚度降、剩余强度表示损伤一致的结论．     

短纤维复合材料疲劳损伤及寿命预报

对短纤维复合材料疲劳载荷作用下的损伤发展进行分析，给出损伤速率方程，并通过实验对损伤发展进行了测量，通过损伤临界值来预报疲劳寿命。     

基于内聚力行为的复合材料L型胶接接头分层扩展研究

复合材料胶接接头是飞机结构中常用的典型结构之一,分层损伤是复合材料胶接结构最重要的损伤形式.以L型胶接接头为研究对象,开展静力和疲劳试验,分析其静力和疲劳分层的扩展规律与失效模式.基于内聚力本构关系,发展了复合材料静力和高周疲劳分层本构模型.采用有限元软件建立了复合材料L型胶接接头的静力和疲劳数值模型,对其应力分布、变...     

定侧压混凝土双轴变幅拉-压疲劳累积损伤研究

为了调查混凝土在双轴拉-压交变荷载作用下的疲劳性能和累积损伤规律,利用改造的MTS疲劳试验机对变截面棱柱体混凝土试件进行了定侧压下轴心拉-压单级等幅和多级高-低、低-高变幅疲劳试验．总结了实测等幅与变幅疲劳应变与变形模量的衰减规律,基于疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了两阶段的损伤演化方程,依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳累积损伤模型,并给出了利用本文模型进行疲劳损伤分析和剩余寿命预测的方法．模型预测的剩余寿命与实际试验结果的对比验证了模型的精度与有效性．     

焊接结构低周疲劳损伤分形演变模型

用宏观与微观相结合的方法研究焊接接头疲劳损伤演变规律。认为焊接接头中疲劳裂纹扩展路径在一定尺度范围内具有分形特征，用分形几何学方法建立裂纹扩展模型，将断裂力学的概念运用到损伤力学演化规律研究中，给出分形有效应力强度的表达式以及损伤演化率方程，推导出损伤演变方程，为从微观层次定量描述焊接结构疲劳断口特征及宏观疲劳断裂特性提供了一种新的有效方法。     

一个基于能量原理的疲劳损伤函数

通过对疲劳损伤过程中能量参数的分析，得出了一个用循环滞回能描述疲劳损伤非线性过程的损伤函数，并分析了其损伤演化规律．应用本文得出的损伤函数预测低循环疲劳寿命与试验结果符合较好①．     

金属结构的疲劳损伤有限元分析研究

金属材料的疲劳损伤是工程界早已发现的问题，金属结构的疲劳破损问题正日益突出，为了较好地预测金属结构和构件的剩余疲劳强度与疲劳寿命，必须建立疲劳损伤有限元分析模型，来完整描绘其应力场、应变场以及损伤场的变化全过程．针对金属材料的特点，从损伤力学的基本原理出发，通过切实可行的疲劳损伤演化规律实现损伤理论与有限元软件的结合，建立适用于金属结构的疲劳损伤有限元分析模型，最后通过疲劳试验结果与理论计算比较，对模型进行了分析与评价。     

复合材料层板疲劳损伤寿命的预测

根据复合材料层板疲劳损伤机理，首先建立数学模型，然后运用宏观断裂力学的分析，推导出了在基体损伤破坏下正交层板疲劳损伤寿命的预测公式，最后通过算例进行了验证。     

螺栓拧紧力矩对复合材料多钉连接结构疲劳寿命的影响

螺栓拧紧力矩对多钉连接结构疲劳寿命的影响不可忽视,但考虑螺栓拧紧力矩的复合材料多钉连接结构疲劳寿命预测方法却很少,提出一种复合材料多钉连接结构疲劳寿命预测方法,综合考虑螺栓与层合板的各种损伤情况,可以准确预测复合材料多钉连接结构的疲劳寿命以及损伤演化情况。采用T300/BMP-316复合材料层合板与TC4钛合金螺栓组成的复合材料多钉连接结构对所提方法进行了验证,疲劳寿命预测结果与试验值对数误差为4.36%,且破坏模式与试验结果吻合。通过对螺栓拧紧力矩的影响规律进行探究,发现随着螺栓拧紧力矩的增加,疲劳寿命先增加后减小,存在最佳拧紧力矩。从损伤演化云图中发现当拧紧力矩小于最佳拧紧力矩时,损伤扩展不能得到有效抑制,会导致疲劳寿命降低;反之当拧紧力矩大于最佳拧紧力矩时,试验件会形成初始损伤,导致疲劳寿命降低。在工程应用中,选择结构的最佳拧紧力矩进行装配,可以有效提高结构疲劳寿命。     

复合材料层板疲劳损伤寿命的预测

根据复合材料层板疲劳损伤机理，首先建立数学模型，然后运用宏观断裂力学的方法分析、推导出了在基体损伤破坏下正交层板的疲劳损伤寿命的预测公式，最后通过算例进行了验证。     

玻璃纤维铝合金层板(FMLs)的疲劳损伤特性及S-N曲线

根据国内外标准和参考文献,针对玻璃纤维增强铝合金层板(FMLs)的特点设计出FMLs疲劳试验件,进行了不同载荷下的R=0.1等幅拉-拉疲劳试验。疲劳试验过程中FMLs最先在表面铝层内出现裂纹,随后表面铝层可见多条裂纹。随着循环载荷数的增加,裂纹不断扩展,并在界面出现分层现象,然后分层损伤快速扩展直至完全断裂破坏。测得了FMLs的疲劳裂纹起裂寿命和裂纹扩展寿命,给出了其疲劳寿命的规律性。得到了FMLs和同样厚度碳纤维复合材料CCF300的S-N曲线,并进行了对比。FMLs的疲劳寿命随载荷变化平缓,近似成对数趋势;在载荷大于400 MPa时FMLs的疲劳寿命与CCF300碳纤维复合材料层板相当;当疲劳载荷最大值低于300 MPa,FMLs的疲劳寿命比CCF300复材板要低。为飞机结构设计师们提供了材料基础性能和信息。     

沥青混合料疲劳损伤的研究

以累积损伤为基础理论，根据六种沥青混凝合料的劈裂疲劳试验结果建立了反映疲劳特性的能量方程，分析了疲劳损伤机理及疲劳破坏过程中能量的累积规律，为建立沥青混合料损伤破坏统一型奠定基础。     

一种计及分层效应的复合材料层合板疲劳寿命计算方法

给出了一种求解多向铺层复合材料层合板自由边层间应力的简化方法，并在此基础上提出了计及分层损伤的多向铺层复合材料层合板疲劳寿命的计算方法；算例与试验结果对比表明，该方法可以提高复合材料层合板疲劳寿命计算值与试验值的吻合程度。     

预应变及超载及疲劳裂纹扩展的影响

考察了国产18MnHP钢材预先塑性应变对疲劳裂纹扩展的影响，研究了国产18MnHP钢材和国产LY11－CZ铝合金单峰超载所引起的疲劳所引起的疲劳裂纹扩展的延迟阻碍现象，通过实验结果分析可知：（1）单调预拉塑性应变对疲劳裂纹扩展速率无影响；（2）预先拉压循环塑性应变导致对疲劳裂纹扩展速率的提高，是由循环塑性应变造成损伤所引起的；（3）超载后裂尖前沿材料的应变硬化不是导致延迟阻碍现象产生的原因，而宜用裂纹效应来解释延迟阻碍现象。     

持续荷载作用下疲劳损伤混凝土梁的变形性能分析

为明确往复荷载和持载作用下混凝土梁变形的发展规律,本文通过弯曲疲劳加载引入疲劳损伤后采用堆载法对4根梁进行堆载徐变试验,研究疲劳损伤对梁受压区混凝土的徐变发展规律和持续荷载作用下梁变形性能的影响。研究结果表明:相较于无损梁,疲劳损伤梁受拉区混凝土最大裂缝宽度、受压区混凝土总应变和总挠度更大,且在堆载作用下的发展速率更快,随着疲劳损伤程度的增大,各指标也有增大的趋势;疲劳作用促进了混凝土微裂缝的产生和发展,提前并加速了梁徐变变形的发展,导致前期疲劳加载就已产生了部分徐变应变和徐变挠度;基于试验结果建立了疲劳损伤梁受压区混凝土总徐变应变和梁徐变挠度计算模型,发现疲劳循环寿命比为0.025、0.15和0.60时的疲劳残余挠度分别相当于无损梁128、800和1 180 d的徐变挠度。     

混合结构中金属疲劳对层合板损伤的影响

针对混合结构中层合板和金属的疲劳损伤耦合问题,构建了复合材料渐进疲劳损伤模型和金属材料Lemaitre疲劳损伤模型,采用唯象的弹塑性本构描述单层复合材料面内剪切非线性,基于球张量和剪切张量的应力分解方法推导了低周疲劳能量释放率计算公式。对单钉与多钉螺栓连接结构进行了疲劳损伤和寿命分析,结论表明:循环加载过程中,多钉连接结构钉载向金属搭接板疲劳硬化区域迁移,加剧了层合板局部挤压损伤,降低了层合板拉断载荷,有利于提高以拉断为破坏模式的层合板疲劳寿命。     

二维平纹编织CVI工艺C/SiC复合材料的疲劳行为

通过室温等幅单向拉-拉疲劳实验,对2D平纹编织C/SiC复合材料的疲劳性能进行了研究。通过对实验数据的分析,发现疲劳极限(N=5×105)约为极限拉伸强度的80%~85%,当加载应力超过88%极限拉伸强度时,失效很快发生,给出计算疲劳寿命的经验公式。通过观察实验件断口,分析了疲劳破坏的机制。研究表明,C/S iC复合材料具有良好的疲劳性能,但其分散性也会给结构设计带来一定的难度。     

无粘结预应力活性粉末混凝土梁疲劳全过程应力计算方法研究

通过对无粘结预应力活性粉末混凝土梁进行等幅疲劳试验研究,得到了RPC应变﹑受拉钢筋应变和无粘结筋应力增量随疲劳循环次数变化的变化值.结合试验结果,提出了适用于活性粉末混凝土的疲劳残余应变演化方程及疲劳变形模量退化方程.基于损伤变量的定义形式及应变等效原理,推导了钢筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型;受拉钢筋及无粘结筋弹性模量退化模型及剩余疲劳强度模型的不同通过两者的S-N曲线和屈服强度的不同来体现.基于上述模型采用分段线性原理来代替疲劳非线性过程,并利用材料弹性模量的退化来反应材料的疲劳损伤,提出了无粘结预应力RPC梁疲劳全过程正截面疲劳应力计算方法.将计算结果与试验值进行对比,两者吻合较好具有一定精度.     

基于声发射技术的高韧性水泥基复合材料开裂损伤特性

研究了同等抗压强度等级的普通混凝土和高韧性水泥基复合材料的抗弯拉力学性能,采用声发射(AE)技术对比检测和分析了二者在三分点弯曲荷载作用下的开裂损伤规律。力学测试结果表明,高韧性水泥基复合材料具有较高的抗弯拉强度和应变硬化能力。AE检测结果表明,随着普通混凝土强度的增大,AE信号幅度增大,但其AE事件总数增长规律和幅值分布规律与强度无明显关系;高韧性水泥基复合材料AE信号的幅值和分布密度均比同等抗压强度等级的普通混凝土小;普通混凝土试件的断裂过程区主要集中在断裂面附近,而高韧性水泥基复合材料基本已覆盖了整个纯弯段,在细密裂缝的扩展过程中高强纤维对裂尖能量进行了有效的吸收和传递。     

水泥稳定碎石疲劳的破坏力学分析

结合断裂力学和损伤力学的方法对水泥稳定碎石小梁疲劳寿命进行了分析。用有限元对小梁试件断裂韧度进行了计算,给出了拉应力控制的损伤演化方程,根据小梁疲劳试验的部分数据基于断裂韧度控制指标反算了损伤演化方程的系数,并用小梁疲劳试验的剩余数据对该损伤演化方程的寿命预估精度进行了验证。结果表明,用有限元计算小梁的断裂韧度具有足够的精度,基于断裂韧度为控制指标的损伤演化方程比常用的S—N方程具有更好的寿命预估能力。这种方法对小梁疲劳试验数据分析引入了力学参量,可以为实际道路结构中的寿命预估提供计算模型。