含损伤复合材料夹层结构的疲劳特性研究

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复合材料夹层结构由于其密度小,比强度和比刚度高而被广泛应用于各个领域,但是在使用过程中易遭受低速冲击后产生损伤。含损伤的复合材料夹层结构其强度会大大降低,严重影响其使用安全性,因此,研究夹层结构在低速冲击后的抗疲劳特性具有必要的现实意义。本文对三种不同铺层方案的复合材料夹层结构进行了低速冲击试验,先确定各个铺层试样产生1mm凹坑所需冲击能量,再以此冲击能量冲击其余试样以保证所有试样产生等效的损伤。再对含损伤的复合材料夹层结构进行静压缩试验以测量其静压缩强度值,并根据此强度值对其余未压缩的试样设定不同的百分比疲劳载荷,进行疲劳压缩试验以研究其抗疲劳性能并绘制S-N曲线。基于冲击试验结果,建立了复合材料夹层结构的低速冲击有限元模型,综合考虑了基体破坏、纤维破坏以及分层损伤,对整个冲击响应进行了模拟分析,模拟结果与试验结果拟合较好,验证了有限元模型的正确性。基于压缩试验结果,建立了含损伤复合材料夹层结构的冲击后压缩有限元模型,根据模拟所得应力状态,结合复合材料层合板S-N曲线,预测夹层结构的S-N曲线。将预测的S-N曲线于试验所得S-N曲线对比,拟合效果较好。从而提出了一种有效预测复合材料夹层结构的疲劳寿命的方法。
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