發(fā)布時間：2020-10-28 09:02

【摘要】：纖維復合材料具有高的比強度、比剛度及耐高溫等優(yōu)異性能,使得它在航空、航天、車輛及風力發(fā)電等領域獲得了越來越廣泛的應用。在復合材料的結構設計中,不僅要考慮該材料的靜態(tài)力學特性,還要保證在受到周期性疲勞載荷作用下不發(fā)生嚴重的破壞。疲勞損傷的產(chǎn)生、擴展及累積往往會加劇材料的環(huán)境腐蝕和應力腐蝕,造成強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,對復合材料疲勞損傷特性的評估已成為一個研究熱點。首先,介紹了國內(nèi)外對復合材料疲勞壽命預測方法的研究現(xiàn)狀,重點分析了剩余強度模型、剩余剛度模型及疲勞模量模型,確定采用復合材料疲勞損傷累積的演化規(guī)律來預測復合材料的結構疲勞壽命。疲勞損傷不能被直接測量,所以采用復合材料的彈性模量來定量評估疲勞損傷。其次,基于復合材料層合板疲勞損傷演化機制,提出了一種考慮多種疲勞影響因素的剩余剛度退化模型,并把該模型應用于預測復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特性、纖維鋪層角度、界面強度及纖維體積含量等因子。采用該模型預測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象,利用三維有限元軟件進行應力分析;引入改進Hashin失效準則對不同失效模式進行判定;采用單元突降退化模型和漸進退化模型分別對完全失效單元和準失效單元進行力學性能退化。最后,對T300/YPH-209層合板進行靜拉伸實驗,獲取該材料的拉伸強度。然后,進行不同應力水平下的層合板拉-拉疲勞實驗,獲取該材料的疲勞壽命,并繪制S-N曲線。通過實時監(jiān)測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,從而得到應力水平對剩余剛度規(guī)律的影響。把實驗值和模型預測值進行對比,驗證了模型的可行性。
【學位授予單位】：江蘇理工學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 S-N曲線方法
        1.2.2 剩余強度模型
        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鏈損傷擴展模型
        1.2.7 研究現(xiàn)狀總結
    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制
    2.3 疲勞累積損傷模型的基本假設
    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
第三章 CFRP層合板疲勞壽命預測分析方法
    3.1 引言
    3.2 層合板宏觀力學分析
        3.2.1 層合板應力狀態(tài)
        3.2.2 單向層合板的應力-應變關系
    3.3 層合板疲勞壽命預測分析基本流程
        3.3.1 復合材料層合板靜拉伸強度預測
        3.3.2 復合材料層合板軸向拉-拉疲勞壽命預測
    3.4 層合板疲勞失效判定準則
    3.5 層合板疲勞損傷時的性能退化方法
        3.5.1 漸降退化方法
        3.5.2 突降退化方法
    3.6 復合材料層合板三維疲勞失效分析
        3.6.1 層合板結構設計
        3.6.2 層合板模型建立
        3.6.3 結果分析
    3.7 本章小結
第四章 T300/YPH209層合板疲勞試驗與模型驗證
    4.1 引言
    4.2 實驗準備
        4.2.1 試件制備
        4.2.2 實驗的規(guī)范和環(huán)境
        4.2.3 實驗設備
    4.3 單向拉伸載荷下的靜強度拉伸試驗
        4.3.1 應力-應變曲線
        4.3.2 靜拉伸斷口形貌
    4.4 單向拉-拉載荷下的疲勞試驗
        4.4.1 試件S-N曲線
        4.4.2 不同應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 實驗結果與模型驗證
    4.5 本章小結
第五章 結論與展望
    5.1 全文總結
    5.2 展望
參考文獻
攻讀學位期間研究成果
致謝

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 宗俊達;姚衛(wèi)星;;FRP復合材料剩余剛度退化復合模型[J];復合材料學報;2016年02期

2 方光武;高希光;陳晶;張盛;宋迎東;王芳;;加載循環(huán)數(shù)對2D針刺C/SiC復合材料疲勞剩余強度的影響[J];復合材料學報;2016年01期

3 郭領軍;潘小娟;李賀軍;李克智;張守陽;;應力比對2.5D C/C復合材料彎-彎疲勞行為的影響[J];炭素技術;2015年01期

4 錢鑫;支建海;張永剛;楊建行;;炭纖維表面化學結構對其增強環(huán)氧樹脂基復合材料性能的影響[J];材料工程;2014年06期

5 邱睿;溫衛(wèi)東;崔海濤;;基于細觀結構的2.5維機織復合材料強度預測模型[J];復合材料學報;2014年03期

6 王海嬌;李嘉祿;;溫度對碳纖維/環(huán)氧樹脂層合復合材料壓縮性能的影響[J];山東紡織科技;2013年05期

7 邱睿;溫衛(wèi)東;崔海濤;;考慮纖維體積含量的單向層合板材料退化模型[J];材料科學與工程學報;2013年05期

8 姚衛(wèi)星;宗俊達;廉偉;;監(jiān)測復合材料結構剩余疲勞壽命的剩余剛度方法[J];南京航空航天大學學報;2012年05期

9 婁菊紅;楊延清;羅賢;馮廣海;張偉;;纖維體積分數(shù)對SiC/Ti-6Al-4V復合材料橫向拉伸性能的影響(英文)[J];稀有金屬材料與工程;2011年04期

10 劉強;王曉亮;蔣蔚;周洪飛;;BMP系列熱固性聚酰亞胺樹脂基復合材料的應用進展[J];航空制造技術;2009年S1期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 宋廣奇;纖維增強復合材料層合板疲勞行為分析[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

2 李偉占;復合材料層合板損傷失效模擬分析[D];哈爾濱工程大學;2012年

3 黃曦;碳纖維增強復合材料層合板疲勞壽命與剩余強度試驗研究[D];南京航空航天大學;2006年

本文編號：2859874