【摘要】：纖維復(fù)合材料具有高的比強(qiáng)度、比剛度及耐高溫等優(yōu)異性能,使得它在航空、航天、車輛及風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。在復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,不僅要考慮該材料的靜態(tài)力學(xué)特性,還要保證在受到周期性疲勞載荷作用下不發(fā)生嚴(yán)重的破壞。疲勞損傷的產(chǎn)生、擴(kuò)展及累積往往會(huì)加劇材料的環(huán)境腐蝕和應(yīng)力腐蝕,造成強(qiáng)度和剛度的急劇損失,很大程度上降低了材料的使用壽命。因此,對(duì)復(fù)合材料疲勞損傷特性的評(píng)估已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。首先,介紹了國(guó)內(nèi)外對(duì)復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)方法的研究現(xiàn)狀,重點(diǎn)分析了剩余強(qiáng)度模型、剩余剛度模型及疲勞模量模型,確定采用復(fù)合材料疲勞損傷累積的演化規(guī)律來預(yù)測(cè)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)疲勞壽命。疲勞損傷不能被直接測(cè)量,所以采用復(fù)合材料的彈性模量來定量評(píng)估疲勞損傷。其次,基于復(fù)合材料層合板疲勞損傷演化機(jī)制,提出了一種考慮多種疲勞影響因素的剩余剛度退化模型,并把該模型應(yīng)用于預(yù)測(cè)復(fù)合材料層合板的疲勞壽命。該模型綜合考慮了組分材料的力學(xué)特性、纖維鋪層角度、界面強(qiáng)度及纖維體積含量等因子。采用該模型預(yù)測(cè)層合板疲勞壽命主要包括三維模型建立、疲勞失效判定及材料性能退化。選取含缺陷孔的層合板為研究對(duì)象,利用三維有限元軟件進(jìn)行應(yīng)力分析;引入改進(jìn)Hashin失效準(zhǔn)則對(duì)不同失效模式進(jìn)行判定;采用單元突降退化模型和漸進(jìn)退化模型分別對(duì)完全失效單元和準(zhǔn)失效單元進(jìn)行力學(xué)性能退化。最后,對(duì)T300/YPH-209層合板進(jìn)行靜拉伸實(shí)驗(yàn),獲取該材料的拉伸強(qiáng)度。然后,進(jìn)行不同應(yīng)力水平下的層合板拉-拉疲勞實(shí)驗(yàn),獲取該材料的疲勞壽命,并繪制S-N曲線。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)層合板的剩余剛度退化,繪制不同循環(huán)次數(shù)下的剩余剛度值,從而得到應(yīng)力水平對(duì)剩余剛度規(guī)律的影響。把實(shí)驗(yàn)值和模型預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了模型的可行性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇理工學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 S-N曲線方法
        1.2.2 剩余強(qiáng)度模型
        1.2.3 剩余剛度模型
        1.2.4 疲勞模量模型
        1.2.5 耗散能模型
        1.2.6 Markov鏈損傷擴(kuò)展模型
        1.2.7 研究現(xiàn)狀總結(jié)
    1.3 本文的主要研究工作
第二章 CFRP層合板疲勞損傷剩余剛度退化模型
    2.1 引言
    2.2 層合板疲勞損傷演化機(jī)制
    2.3 疲勞累積損傷模型的基本假設(shè)
    2.4 基于剩余剛度退化的層合板疲勞損傷模型
        2.4.1 層合板疲勞損傷影響因素
        2.4.2 層合板疲勞損傷剩余剛度模型
    2.5 本章小結(jié)
第三章 CFRP層合板疲勞壽命預(yù)測(cè)分析方法
    3.1 引言
    3.2 層合板宏觀力學(xué)分析
        3.2.1 層合板應(yīng)力狀態(tài)
        3.2.2 單向?qū)雍习宓膽?yīng)力-應(yīng)變關(guān)系
    3.3 層合板疲勞壽命預(yù)測(cè)分析基本流程
        3.3.1 復(fù)合材料層合板靜拉伸強(qiáng)度預(yù)測(cè)
        3.3.2 復(fù)合材料層合板軸向拉-拉疲勞壽命預(yù)測(cè)
    3.4 層合板疲勞失效判定準(zhǔn)則
    3.5 層合板疲勞損傷時(shí)的性能退化方法
        3.5.1 漸降退化方法
        3.5.2 突降退化方法
    3.6 復(fù)合材料層合板三維疲勞失效分析
        3.6.1 層合板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        3.6.2 層合板模型建立
        3.6.3 結(jié)果分析
    3.7 本章小結(jié)
第四章 T300/YPH209層合板疲勞試驗(yàn)與模型驗(yàn)證
    4.1 引言
    4.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備
        4.2.1 試件制備
        4.2.2 實(shí)驗(yàn)的規(guī)范和環(huán)境
        4.2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
    4.3 單向拉伸載荷下的靜強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)
        4.3.1 應(yīng)力-應(yīng)變曲線
        4.3.2 靜拉伸斷口形貌
    4.4 單向拉-拉載荷下的疲勞試驗(yàn)
        4.4.1 試件S-N曲線
        4.4.2 不同應(yīng)力水平下的剩余剛度分析
        4.4.3 疲勞斷口形貌分析
        4.4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模型驗(yàn)證
    4.5 本章小結(jié)
第五章 結(jié)論與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間研究成果
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2859874