复合材料层合板拉-拉疲劳寿命预测模型研究

"基于累积损伤的复合材料层合板拉-拉疲劳寿命预测，魏武国，南京航空航天大学能源与动力学院，通过有限元分析和疲劳累积损伤理论预测复合材料层合板的疲劳寿命，主要关注基体开裂、纤维拉断和分层的失效判据。使用ANSYS软件开发了预测程序，并对T300/BMP层合板进行了预测验证。" 本文主要探讨了复合材料层合板在拉-拉疲劳载荷下的寿命预测问题，作者魏武国来自南京航空航天大学能源与动力学院。复合材料层合板在疲劳载荷作用下的主要损伤形式包括基体开裂、纤维断裂和分层，这些损伤会降低材料的强度和刚度。研究基于累积损伤理论，该理论认为材料的损伤是逐步积累的过程，最终导致结构失效。 在建立疲劳寿命预测模型时，首先考虑了Hashin三维失效准则，这是一个广泛用于复合材料分析的准则，能够判断材料在不同载荷下的失效状态。对于拉-拉疲劳载荷，模型特别关注了基体开裂、纤维拉断和分层这三种关键的失效条件。当纤维受到的应力达到或超过其抗拉强度时，将发生纤维拉断；基体开裂通常发生在应力较低但反复作用的条件下；而分层则可能因界面剪切应力过大而导致。 为了实现这一预测，研究者在ANSYS有限元软件上利用参数化设计语言（PDL）开发了专用程序。该程序能够模拟材料在疲劳载荷下的应力分布，以及随着载荷循环材料性能的退化。通过这种模拟，可以估算出材料的疲劳寿命，即在特定载荷下材料保持完整性的预期时间。 在验证阶段，研究者应用该模型预测了文献中报告的T300/BMP层合板的拉-拉疲劳寿命。预测结果显示出良好的精度，证明了模型的有效性。这样的预测工具对于复合材料层合板的设计和工程应用具有重要意义，因为它能提前预测材料的疲劳行为，从而提高结构的安全性和可靠性。 这篇研究通过深入分析复合材料层合板的疲劳损伤机制，构建了一个考虑多种失效模式的累积损伤模型，并通过实际案例验证了模型的预测能力。这对于复合材料在航空、航天、汽车等领域中的应用提供了重要的理论支持和实践指导。