面向不同应力比的复合材料拉—拉疲劳寿命能量预测法研究

摘要

以试验方法获取不同应力比下复合材料的疲劳寿命,所耗费的时间和经济成本太高，因此一直以来，研究人员都关注于研究能够降低试验成本的快速预测复合材料疲劳寿命的理论和实验方法。能量方法是研究疲劳的重要方法之一,但现有的疲劳能量理论还存在许多难点和不足。为此,本文对复合材料疲劳的能量过程进行研究，并尝试建立一个能够预测复合材料寿命的能量方法。
　　复合材料疲劳过程中,输入的机械功以多种能量形式向外界耗散，其中绝大部分转化为耗散能和非弹性变形能。输入功可以用循环滞回能表示,且与疲劳载荷条件和循环加载次数有关;热耗散是能量耗散的主要形式，其变化与温度的变化相似;非弹性变形能是导致复合材料从裂纹萌生、扩展直至发生疲劳断裂破坏的能量，它与材料的损伤状态是直接相关的。
　　为探究复合材料疲劳过程中的能量变化规律，本文对玻璃纤维复合材料层合板进行了静拉伸试验以及疲劳试验，试验的同时用高精度的红外热像仪记录了疲劳过程中的温度变化，并对一些典型的试验现象和结果进行了分析和规律总结。
　　对复合材料拉-拉疲劳载荷下迟滞回能的变化规律研究发现，疲劳过程中应变变程和对数迟的迟滞回能占应变能密度比值都随循环次数线性增加的，进而建立了对循环滞回能量化描述的模型，并对所建模型进行了验证，结果与试验值吻合较好。
　　从复合材料疲劳过程循环滞回能、热耗散和非弹性变形能之间的关系，结合材料温度的变化得到了非弹性变形能的定量描述；而复合材料受单一形式的拉-拉疲劳载荷时，疲劳破坏的非弹性变形能与疲劳寿命之间存在一一对应的关系，且此关系是材料自身的力学属性可通过疲劳试验获得。综合了以上的研究内容，结合所作复合材料疲劳试验，建立了复合材料疲劳寿命的能量法预测模型。并对所建寿命预测模型进行了验证，从结果看模型对疲劳寿命的预测比较准确。

目录

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注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 复合材料疲劳破坏机理

1.3 复合材料疲劳寿命分析模型

1.4 疲劳能量法的研究进展

1.5 研究背景

1.6 本文研究内容

第二章 复合材料疲劳过程的能量分析

2.1 复合材料疲劳过程的能量描述体系

2.2 复合材料疲劳寿命的能量描述模型

2.3 本章小结

第三章 复合材料的能量耗散试验

3.1试验系统与试验件

3.2 试验内容与方案

3.3试验结果

3.4试验现象规律总结

第四章 循环滞回能的量化模型

4.1 理论分析

4.2 参数分析

4.3 模型验证

4.4 本章小结

第五章 复合材料拉-拉疲劳寿命能量预测模型

5.1 基于温度变化的耗散能研究

5.2 疲劳寿命预测的能量模型

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

5.2 问题与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文