复合材料单向板寿命预测模型-论文.pdf

《复合材料单向板寿命预测模型-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、14JIANGSUAVIATION2014年第3期复合材料单向板寿命预测模型◎杨昌吴富强／南京航空航天大学航空宇航学院纤维增强复合材料(FiberRein~orcedPolymer，FRP)仅与铺设角度有关，还与各层单向板的疲劳寿命、层间粘因具有较大的比刚度、比强度、结构可设计性等优点而被结强度等诸多复杂因素有关。而单向板作为层合板的基广泛应用在航空、船舶、汽车、风电等行业中。随着复合材本组成单元，铺设方式简单，力学性能以及疲劳失效模式料在工程结构中的应用由次承力构件逐步扩展至主承力也相对简单，研究单向板的疲

2、劳寿命可以为层合板的研究构件，疲劳破坏在复合材料结构中已逐渐显现，正成为制打下理论基础。约其进一步应用的重要因素，因此复合材料的疲劳问题正Hashin，Brogdon等人把复合材料静态失效准则扩展成为使用者和工程设计人员十分关注的问题。对层合板到疲劳加载条件下，通过单向板的纵、横、剪切向的疲劳寿的疲劳寿命展开预测是复合材料疲劳问题的基本研究内命预测任意偏轴角度单向板的疲劳寿命。Kadi研究了单容之一，也是复合材料结构设计的重要工作之一。工程应向板在疲劳载荷下其应变能与疲劳寿命间的相互联系，认用中，确定复合材料

3、的疲劳寿命通常采用试验方法，然而为它们之间呈线性关系，由此采用少数单向板寿命对其他复合材料层合板的可设计性使得每种层合板都有各自不单向板疲劳寿命进行预测；Kadi的理论对复合材料应变同的力学性能，若每种层合板的疲劳性能均采取试验获能的描述并不准确，Plumtree和Cheng将金属多轴疲劳得，则成本太高，耗时费力，延长了复合材料的设计周期。中的SmithWatsonTopper(SwT)参数延用到复合材料复合材料层合板的铺设方式较为复杂多样，其疲劳寿命不中以描述疲劳加载下材料的应变能；AVarvani—Far

4、ahani初步设定肋腹板厚度为1mm，梁腹板厚度为2mm。表4设计参数为消除加载段与约束段的影响，在子盒段的两端设立过渡结构，过渡结构蒙皮厚度为子盒段蒙皮厚度的1．5倍，长度为0．5倍的肋间距。蒙皮与梁缘条铺层采用对称铺层。蒙皮铺层土45。不低于50，90。比例不低于10。梁缘条铺层设计时士45。不低于40，90。不低于1O。表2给出了相对载荷为400N／ram情况下的量化模表2～4表明采用量化模型结果与有限元结果的误差较小，说明量化模型可以很好的反映各个构型的结构传力型与有限元的对比结果。特性，得到的结构重

5、量也与有限元的误差较小。稳定性分表2设计参数析的结果与有限元的结果误差也在5之内，表明结构的稳定性设计是合理的。4结论在翼面结构的初步设计和概念设计阶段，使用量化模型能够模拟真实结构的传力特性，对结构效率进行预测和相对载荷为1000N／ram时，参数设置如表3所示。评估，指导翼面结构的设计。表3截面尺寸与结构重量(1)量化模型计算时间短，计算量小，与有限元模型的结果误差较小，可以准确的反映结构的受力特性，估算结有限元模型量化模型一阶失稳与理论模型重量／kg重量／kg特征值误差／％构的重量。(2)对梁式机翼的传

6、力分析表明，相对载荷较大时，采用多梁式机翼可以有效的提高结构的效率，得到的结构重量特性曲线对于梁式机翼的设计具有参考价值。(3)量化模型通过对梁式与单块式构型的对比分析，相对载荷为4000N／ram情况下量化模型与有限元得到了结构的重量特性曲线，初步设计时，可以通过该曲模型的对比结果如表4所示。线快速确定结构型式，为结构型式的选择提供依据。第3期杨昌，等：复合材料单向板寿命预测模型15分别描述了单向板在纤维断裂、基体破坏、纤维断裂时的应变能，Shokrieh对单向板偏轴加载下纵向、横向、剪切向的应变能分别加以

7、描述。Kawai从损伤力学角度，假设复合材料单向板疲劳强度与寿命间呈指数关系，亦采用少数单向板寿命对其他单向板疲劳寿命进行预测。吴富强研究了单向板不同偏角的疲劳强度，并用纵、横向单向板的疲劳寿命曲线结合静强度预测任意偏轴角度单向板的疲劳寿命。虽然众多研究者分析了复合材料单向板疲劳寿命与载荷以及铺角间的相互联系，并提出了诸多预测模型，但影响复合材料层合板疲劳失效的因素众多，其疲劳破坏机理也十分复杂，迄今仍无一个被广泛接受的预测模型能充分描述上述问题，且上述模型的预测值与试验值间图2单向板单向加载受力示意图存在较

8、大误差，因此需要对复合材料单向板的疲劳寿命预测问题作进一步研究。应力状况，用静拉伸破坏时各分力与相应的强度值之比本文从分析单向板的疲劳失效模式及静态失效时的(比应力)来衡量材料破坏时各方向的应力水平各方向分力比应力，研究了疲劳载荷作用下单向板损伤机fdI．uIt==d1．ult／X理的主导因素随偏轴角度的变化关系，并以纵、横向单向2．It一2，lt／v(1)板的疲劳寿命曲线为基础，提出一个复合材料单