缝合复合材料层合板疲劳寿命分析模型研究

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1、硕士学位论文缝合复合材料层合板疲劳寿命分析模型研究研究生姓名：曹启武导师姓名：徐建新教授2015年05月15日分类号：TB332密级：公开UDC：677.5学号：1201059中国民航大学硕士学位论文缝合复合材料层合板疲劳寿命分析模型研究研究生姓名：曹启武导师姓名：徐建新教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：人机与环境工程所在院系：航空工程学院论文答辩日期：2015年05月06日2015年05月15日ResearchonanalysismodelforfatiguelifeofthestitchedcompositelaminatesADissertationSubmittedto

2、CivilAviationUniversityofChinaFortheAcademicDegreeofMasterofScienceBYCAOQi-wuSupervisedbyProfessorXUJian-xinCollegeofAeronauticalEngineeringCivilAviationUniversityofChinaMay15,2015I中国民航大学硕士学位论文摘要缝合复合材料是在传统的复合材料基础上，采用缝合技术使结构在厚度方向上的抗冲击损伤容限、层间拉伸及剪切强度和层间断裂韧性得到提高。作为一种新型材料，其疲劳性能是一个很关键的考核指标，而国内有关其疲劳特性

3、等力学性能的研究还很有限。因此，有必要对缝合结构的疲劳特性进行试验和理论研究，探究其疲劳损伤演化模式，建立其疲劳寿命的预测模型，为其在工程实际应用提供性能参数依据和理论指导。本文采用疲劳累积损伤理论和试验验证的方法对缝合复合材料的疲劳特性进行了研究。论文主要工作如下：1．缝合复合材料层合板力学特性的试验研究。对T700/QY8911缝合、未缝合复合材料2种不同铺层（[0/90]和[0/45/90/-45]）类型3种缝合角度的层板开展了静拉伸4s2s性能及拉-拉疲劳特性试验研究；测试了各缝合层板在不同应力水平下的刚度衰减变化规律。试验研究为缝合复合材料疲劳特性的理论预测提供了数据支持。

4、2．缝合复合材料层合板的疲劳行为及疲劳寿命研究。在单轴常幅拉-拉疲劳载荷作用下，研究不同铺层方式（[0/90]和[0/45/90/-45]）的缝合复合材料层板在不同应力4s2s水平和缝合角度对其拉伸疲劳性能的影响。结合试验数据，给出了2种不同铺层[0/90]4s和[0/45/90/-45]缝合层板分别在缝合角度为10°、45°和90°的疲劳寿命S-N曲线和2s刚度衰减曲线。结果显示，缝合作用对复合材料的拉-拉疲劳损伤及扩展有着重要的影响，不同的应力水平、铺层方式和缝合角度对缝合层板试件的疲劳刚度退化规律以及疲劳破坏时的刚度临界值具有明显差异。3．缝合复合材料层合板的疲劳损伤分析模型与

5、疲劳寿命估算模型研究。基于疲劳累积损伤理论，对缝合层板推导和分析了疲劳寿命两阶段函数的刚度降模型和基于疲劳刚度的两参数剩余刚度模型；用所建立的模型对缝合复合材料层合板的S-N曲线进行了疲劳寿命估算及试验验证。结果表明，本文建立的损伤分析模型可以较好地描述缝合层板在拉-拉疲劳载荷作用下的疲劳损伤萌发、演化过程、破坏及其寿命。4．缝合复合材料层合板的损伤扩展速率分析模型及其机理研究。根据材料试件在疲劳载荷工况下观察其损伤扩展方式和断裂位置，建立缝合复合材料损伤扩展速率分析模型，研究其破坏过程以及各种因素的影响，并对损伤破坏机理进行分析。关键词：缝合复合材料；疲劳特性；损伤机理；S-N曲线

6、；预测模型II中国民航大学硕士学位论文AbstractStitchedcompositematerialisenhanceditsimpactresistance,inter-laminartensileandshearstrength,inter-laminarfracturetoughnessinthethicknessdirectionbyusingstitchingonthebasisoftraditionalcompositematerials.Asanewmaterial,itsfatigueperformanceisaveryimportantassessmentind

7、icator.However,researchesonthemechanicalproperties,suchasfatiguelife,arelimitedinourcountry.Therefore,itisnecessarytotestonthefatiguepropertiesofthestitchedcomposites,andanalyzeitsfatiguedamagemodeandestablishthefatiguelifepredict