复合材料层压板疲劳特性的试验研究

1.引言 最初人们认为复合材料对疲劳载荷不敏感,因为它们在拉一拉载荷下对应干10~7次循环的疲劳强度与静强度十分接近,显示了极其优越的抗疲劳性能。但进一步的研究却发现,与一般的金属材料不同,复合材料对以压为主的疲劳载荷比较敏感,在这些载荷下的寿命明显地低于拉-拉疲劳载荷下的寿命。因此,复合材料的疲劳问题重新受到了注意,而且对它的研究也主要集中在压缩载荷的范围内。尽管已投入了大量的人力,但由于复合材料     

碳纤维/双马来酰亚胺复合材料的拉-拉疲劳性能

 <正> 复合材料的疲劳性能数据比一般金属材料都要更加分散,通常采用威布尔分布进行统计处理。金属材料的疲劳研究也已提出了许多有用的研究方法,得到许多广为采用的疲劳性能表达式。但这些方法和公式是否能用于任何复合材料的研究是引人注意的问题。     

复合材料疲劳定寿方法研究

本文回顾了复合材料疲劳可靠性的发展历程,重点报告了复合材料疲劳可靠性最新厂家成果;复合材料疲劳损伤形成与损伤扩展的两阶段论,这一理论更新了传统采用的单一疲劳损伤全过程。     

3D-C/SiC复合材料的高温疲劳性能

采用应力比为0.1和0.5,频率为60和20Hz的正弦波从室温至1500℃,在10-4Pa真空中对3D-C/SiC复合材料进行拉—拉疲劳实验;获得其在应力比0.1频率60Hz条件下室温、1100、1300和1500℃的疲劳曲线,以及应力比0.1频率20Hz和应力比0.5频率20Hz条件下1500℃的疲劳曲线。结果表明,若取循环基数为106周,应力比0.1频率60Hz条件下,3D-C/SiC复合材料在室温、1100、1300和1500℃的疲劳极限分别为235、350、285和240MPa,约为其拉伸强度的87%、97%、94%和90%;疲劳极限与比例极限和拉伸强度随温度有相似的变化规律,即随温度升高而增加,在1100℃达到最大值,尔后随温度增加而下降;但是S—Nf曲线的斜率的变化规律恰好与此相反。应力比的增加和频率的降低,均使复合材料1500℃的疲劳极限有所减小。     

ARALL层压板结构疲劳性能分析

目前在航空领域发展非常迅速的ARALL层压板结构和芳纶预浸料的制造工艺,预浸料在具有高的抗疲劳特性和拉伸特性的ARALL层压板结构中起到非常重要的承力和抗疲劳作用。本结构所采用的制造方法是纤维拉伸法,是一种能使ARALL结构的铝板层具有残余压应力,使纤维层具有残余拉应力的方法,从而改善了材料本体的抗疲劳性能。     

T700复合材料层合板拉-拉疲劳性能

对T700/9368光滑板及两种孔径的含孔层合板进行了拉-拉疲劳试验,测量试件刚度随加载周期的衰减规律,并利用超声波C扫描和破坏断口分析方法,对T700复合材料的疲劳损伤机理进行分析。根据弹性模量法建立了层合板疲劳累积损伤模型,并从平均应力准则概念出发,建立了含孔层合板的疲劳累积损伤模型。将试验数据运用最小二乘法拟合后代入疲劳损伤模型,得到T700/9368光滑板及含孔板疲劳寿命的具体计算公式,应用公式预测了在不同应力水平下的层合板疲劳寿命,与试验结果的吻合良好。     

飞机复合材料结构疲劳试验载荷谱简化方法的试验研究

给出了飞机复合材料结构强度验证试验载荷谱的简化方法。该方法基于Ｓ－Ｎ曲线和等寿命曲线的线性假设及寿命估算的损伤累积模型,通过原谱和简化谱试验的对比分析,对该简化方法进行了验证。     

某飞机垂尾典型复合材料连接件疲劳试验

某飞机复合材料垂尾三处关键部位的复合材料与金属间采用螺栓机械连接，但螺栓孔布局不同，因此，便形成了某飞机复合材料垂尾三种典型的连接型式－双排均布、交错和均布／交错混合。对这三种典型连接形式的模拟件进行相同飞行任务剖面的疲劳试验，得出了不同部位的疲劳破坏形式平均寿命。试验结果既比较了三种典型的连接形式的优劣，也可作为确定某复合材料垂尾三处关键部位的检修周期的依据和等寿命设计的依据。     

陶瓷基复合材料疲劳寿命预测方法

为了建立CMC疲劳寿命预测方法,推广CMC在航空发动机中的应用,根据BHE剪滞模型理论,分析了随着疲劳峰值应力的大小不同,CMC可能出现的4种疲劳迟滞行为,推导了每种迟滞行为下的循环应力-应变公式,模拟了给定应力条件下的疲劳迟滞回线,通过与试验数据对比,证明了迟滞回线模拟的准确性,进一步分析了界面剪应力随疲劳循环数的退化关系。结合界面剪应力退化模型与纤维强度退化模型,设计了纤维应力计算和疲劳寿命计算流程。针对2维编织CMC,根据单胞有限元计算结果提取了纤维束应力,并对CMC进行了疲劳寿命计算,推导了CMC疲劳寿命S-N曲线,其结果与试验数据基本吻合。针对2维编织CMC的疲劳寿命预测方法,可用于编织结构的CMC涡轮导叶疲劳寿命分析。     

碳纤维/ 环氧树脂层压板的冲击损伤

介绍了碳纤维/环氧树脂层压板冲击试验方法、低速冲击损伤模式、损伤破坏检测方法,总结了近年来冲击后剩余强度、疲劳性能及有限元数值模拟方面的研究进展,并对复合材料冲击方面进一步的研究进行了展望。     

碳／环复合材料层板条形试样疲劳寿命分布的试验研究

本文采用固定交变载荷法及几种数理统计法,对国产单向碳纤维一环氧树脂的疲劳寿命分布规律进行了研究试验,结果表明,基本遵循正态分布。     

碳纤维复合材料疲劳性能的测定

根据碳纤维复合材料的疲劳试验情况，系统地介绍了该材料的疲劳性能的测定，曲线绘制与数据处理方法，并简要介绍了碳纤维的材料疲劳性能。     

环境温度对碳纤维/ 聚醚醚酮复合材料拉伸性能及疲劳寿命的影响

通过拉伸实验获得碳纤维增强聚醚醚酮复合材料(CF/PEEK)拉伸性能随温度的变化关系,并利用扫描电子显微镜观察断口形貌,研究分析了材料高温损伤机理。结果表明,随着环境温度的升高,碳纤维/PEEK的弹性模量与拉伸强度显著降低,在温度达到220℃时,分别下降89.20%和71.18%;断裂伸长率持续上升,在220℃时达到8.84%。弹性模量与断裂伸长率在T_g附近变化显著,主要原因是高温下纤维/树脂界面脱粘和树脂由玻璃态转化为高弹态后拉伸性能的显著变化。借助有限元方法计算由该材料制成的驾驶舱方向舵踏板在不同温度下的疲劳寿命,得出疲劳寿命随温度的升高而下降。在Coffin-Manson方程和通用斜率方程的基础上总结得出该材料疲劳寿命与温度的关系。     

复合材料层合板有限元分析及疲劳寿命预测

采用有限元方法对复合材料的疲劳进行模拟计算,建立有限元模型,进行疲劳寿命预测。把复合材料的疲劳失效过程模拟成为在外载荷作用下材料性能逐步退化、应力重分布、损伤累积的过程,并利用MSC．PATRAN／NASTRAN进行算列分析,并与试验结果相比较,误差较小,可以作为预测复合材料层合板寿命的方法。     

复合材料层压板抗冲击行为及表征方法的实验研究

对14种复合材料体系约800个试样进行了冲击阻抗和含损伤层压板压缩强度试验研究,研究发现对于同一种复合材料层压板的冲击能量．凹坑深度曲线和凹坑深度．压缩破坏应变曲线均存在拐点,在出现拐点后内部的分层损伤叠加面积基本上不再增加,压缩剩余强度基本上不再降低,表面冲击部位开始出现纤维断裂。研究表明采用传统CAI来表征损伤容限性能的方法可能得到与实际结构损伤容限特性相反的结论,因此,提出了利用拐点附近特性来表征复合材料层压板的抗冲击行为（包括损伤阻抗和损伤容限）的建议,即分别采用QSI方法得到的准各向同性层压板的最大接触力Fmux和压缩破坏强度（应变）的门槛值CAIT来表征复合材料层压板的损伤阻抗和损伤容限行为。     

基于损伤权重的混合多钉连接件疲劳寿命预测方法

复合材料与金属材料混合多钉连接形式是当代飞机结构中最常见的连接形式,因此对于混合多钉连接件疲劳性能的研究有助于提高对飞机结构疲劳损伤的认知。针对以Ti-6Al-4V钛合金为螺栓的ZT7H/QY9611碳纤维增强树脂基复合材料连接板与30CrMnSiNi2A金属连接板混合多钉连接结构进行数值分析和试验研究。利用有限元方法,分别对复合材料和紧固件进行疲劳损伤预测,估算复合材料连接板上螺栓孔附近的损伤,依据复合材料和紧固件的损伤量所占权重,提出了以紧固件分布和复合材料连接板铺层层数为参数的经验公式,进而有效提高混合多钉连接结构疲劳寿命的预测精度。利用试验结果将螺栓孔损伤形式进行分类讨论,探索混合多钉连接件的损伤演化方式;利用C扫描技术得到复合材料分层损伤结果,与模拟结果进行对比分析,进一步解释了模型的合理性。与试验结果对比可以看到,考虑损伤权重的寿命预测值与试验值的对数误差仅为1.1%,相对于不考虑损伤权重方法的8.4%的对数误差,该模型寿命预测精度显著提高。     

结构振动疲劳的工程分析方法

介绍了结构振动疲劳的概念；引入了结构在周期振动载荷和随机振动载荷作用下的振动疲劳曲线；提出了振动疲劳的线性和式累积损伤关系式以及振动疲劳的破坏判据；从工程角度给出飞机结构在随机振动载荷作用下的寿命分析方法，即利用正弦共振S-N曲线进行随机分析的方法以及借用声疲劳分析技术计算随机振动疲劳的方法等。     

碳纤维/双马复合材料层板疲劳损伤累积和寿命估算

给出了T300/QY8911材料单向板和多向层合板在不同应力水平下的拉-拉疲劳试验结果,提出了以疲劳应变累积为基础的损伤累积模型和相应的寿命估算方程。对于以纤维断裂和基体拉伸开裂损伤累积为控制因素的层板,理论结果与试验值十分吻合。