溫度環(huán)境下復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、復(fù)合材料層合結(jié)構(gòu)作為航空航天結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵材料近年來廣泛使用于各種航空航天結(jié)構(gòu)中，并收到了良好的減重、抗疲勞、曲面外形優(yōu)異等效果。隨著復(fù)合材料的深入應(yīng)用，對(duì)其在溫度環(huán)境下的疲勞行為的研究顯得必要而緊迫。
　　首先，本文提出并建立了基于最弱環(huán)理論的層合結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度/疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。從單層板強(qiáng)度與疲勞壽命服從 Weibull分布出發(fā)，基于概率理論及最弱環(huán)理論，以層合板的每一單層作為研究對(duì)象，認(rèn)為層合板是由各單層串聯(lián)的環(huán)，一旦某一層發(fā)生了失

2、效，整個(gè)層合結(jié)構(gòu)便發(fā)生失效?；谠搶W(xué)術(shù)觀點(diǎn)，推導(dǎo)建立了層合板失效概率與單層板失效概率之間的關(guān)系，即層合板失效概率與單層板特征壽命、疲勞循環(huán)以及分散系數(shù)之間的關(guān)系，結(jié)合單層板的等壽命曲線，建立了復(fù)合材料層合板的強(qiáng)度/疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。引用文獻(xiàn)中的T300/BMP316層合板在室溫下的靜強(qiáng)度/疲勞壽命試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用該方法對(duì)層合板的拉伸強(qiáng)度與疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)，靜強(qiáng)度預(yù)測(cè)誤差在8％以內(nèi)，疲勞壽命預(yù)測(cè)誤差在三倍誤差帶之內(nèi)。
　　其次，將最弱

3、環(huán)理論與有限元方法相結(jié)合，提出并建立了基于最弱環(huán)理論的層合結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度/疲勞壽命有限元預(yù)測(cè)方法。認(rèn)為單元內(nèi)任意一點(diǎn)發(fā)生失效，則整個(gè)單元便發(fā)生失效；當(dāng)失效單元擴(kuò)展到整個(gè)結(jié)構(gòu)無法承載時(shí)，則整個(gè)結(jié)構(gòu)便發(fā)生失效。基于此，推導(dǎo)了單元失效概率與單層板失效概率之間的關(guān)系即單元失效概率與單層板特征壽命、疲勞循環(huán)以及分散系數(shù)之間的關(guān)系，建立了相應(yīng)的有限元預(yù)測(cè)方法。引用文獻(xiàn)中的層合板接頭的疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用該方法對(duì)層合板接頭的疲勞壽命預(yù)測(cè)誤差在三倍誤差帶之內(nèi)

4、。
　　然后，本文采用Mivehchi的溫度與單層板剛度/強(qiáng)度公式，得到溫度環(huán)境下單層板的強(qiáng)度/剛度與溫度的關(guān)系式，并用于修正室溫下的單層板等壽命曲線，即特征疲勞壽命與溫度環(huán)境下應(yīng)力的關(guān)系式，從而解決了溫度環(huán)境下的復(fù)合材料層合板結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與壽命設(shè)計(jì)分析難題。
　　同時(shí)，為了驗(yàn)證本文提出的預(yù)測(cè)方法在溫度環(huán)境下的有效性，本文進(jìn)行了溫度環(huán)境下的層合板靜強(qiáng)度和疲勞壽命預(yù)測(cè)計(jì)算與試驗(yàn)驗(yàn)證。開展了基于T300/BMP316層合板溫度環(huán)境