玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳性能试验研究.pdf

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1、研究论文玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳性能试验研究滕奎，李红萍(上海飞机设计研究院标材部，上海201210)[摘要】纤维增强金属层板兼具复合材料和金属材料的优点，是理想的民机结构备选材料。本文对玻璃纤维增强铝合金层合板在不同应力比下裂纹萌生及疲劳裂纹扩展性能进行了试验、测试和分析，获得了不同应力比及应力幅值对疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展的影响规律，给出了纤维增强铝合金层合板(FML)在疲劳载荷作用下疲劳特性，对此类材料的设计及应用有一定参考价值。关键词：纤维金属层板；铝合金；疲劳性能AnalysisonMechanicalandFatigueProper

2、tiesofGlassFiberMetalLaminatesTENGKui，LIHongping(StandardandMaterialDepanment，ShanghaiAircraRDesigIlandResearchInstitute，Shanghai20l210，China)【ABSTRACT】Thef乱igueandf-atiguecrackgrowthratepropertiesofFiberMetalLaminateshaVebeenreseal℃hed．Bytheanalysisoftestresult，weacquiredthere

3、gularpattemthatfatiguecrackandcrackpropagationeff．ectedbythestressratioandstressleVel．WeproVidethefatiguecharacterisiticsofFMLunderthef．atigue10ading，ThisisbenefittotheFML’sdesignandapplication．Keywords：FibermetaIlaminates(FML)；AluminumaUoy；FatiguepropeniesDoI：10．16080^．issnl67

4、1．833x．2016．18．084航空领域的许多结构及零部件都承受着循环疲劳载荷作用，而疲劳中载荷特征参量较多，像应力幅、平均应力等，各载荷特征参量对疲劳失效的影响比较复杂。目前各参量对疲劳失效的影响仍不明确，特别是在国内，尚未对纤维增强铝合金层合板疲劳特性做全面的了解和分析，没有建立起使用规范⋯。关于应力幅值对疲劳失效的影响，当应力幅比不变时，与单轴情况相同，随着等效应力的增大，疲劳寿命降低；当等效应力不变时，随着应力幅比的增大，疲劳寿命的变化却仍不明确。文献【21认为，不同的应力幅比值对结构多轴高周疲劳的失效是有影响的。随着玻璃纤维增强铝合金层

5、合板在飞机上的广泛应用，对其疲劳特性的研究越来越重要13。5】，特别是随着国内航空业的发展，对玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳特性的了解和掌握是非常必要的。本文作者利用试验测试方法，对玻璃纤维增强铝合金层合板在不同应力比下疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展规律作了较为详尽的分析研究，给出了玻璃纤维增强铝合金层合板在疲劳载荷作用下的疲劳特性和规律。84航空制造技术·2016年第18期1玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳裂纹扩展性能的测试分析1．1疲劳裂纹扩展试验测试过程为了获得玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳裂纹扩展性能，按照相关试验标准(E647—2008疲劳裂纹扩展率测

6、量的标准测试方法)的要求，利用高频疲劳试验机(型号：PLG一100c)对玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳裂纹扩展性能进行了测试。首先严格按照相关试验标准(试件尺寸及试件细部如图1和图2所示)对不同应力比下铝合金单板疲劳裂纹扩展和纤维增强铝合金叠图1疲劳裂纹扩展试验矩形截面试件加工尺寸图Fig．1Specimendimensionoffatiguecrackgro卅hratetest研究论文图2玻璃纤维增强铝合金层板裂纹扩展试验件细节图Fig．2Specimen硝gIassfIbermetaIIaminates层板疲劳裂纹扩展性能做相应的试验测试分析；对测

7、试结果做相应的比较分析，获得各自疲劳特性的优缺点。1．2疲劳裂纹扩展测试结果及分析在不同应力比(r=一l、0．1、0．5)下，根据裂纹长度和循环次数，计算得到的应力场强度因子△K和疲劳裂纹扩展速率d酬州，以△K为横坐标，d臼／dⅣ为纵坐标的双对数坐标下的试验测试数据分布图，如图3～6所示，给出了铝合金单板和玻璃纤维增强铝合金层合板疲劳裂纹扩展速率变化图。图中曲线为回归分析的拟合曲线，根据Paris公式，d臼／dⅣ=c(△K)⋯．按幂函数拟合，则材料函数c、m可直接由拟合函数确定；，．2为相关系数，r2越接近l，表明数据相关度越高。利用不同应力比下玻璃

8、纤维增强叠合层板试件和LYl2铝合金单板试件的疲劳裂纹扩展速率拟合函数如图4和罔6所示。绘制的基于△K的疲劳