聚合物基复合材料自然老化寿命预测方法.pdf

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1、第2期聚合物基复合材料自然老化寿命预测方法55聚合物基复合材料自然老化寿命预测方法肇研，梁朝虎（北京航空航天大学，北京100083）摘要：通过对大量聚合物基复合材料自然老化数据的分析研究，建立了高置信度、高可靠度的自然老化寿命方程，从而可以求得工程结构设计中急需的聚合物基复合材料高置信度、高可靠度的自然老化寿命和老化剩余强度。同时，还提出了确定该老化方程中参数的小子样方法，在精度相同的情况下，该方法可以比传统的成组试验法节省50%以上的试件；而在试件数一定的条件下，则可以大大提高预测精度。文中给出了一个验证实例。关

2、键词：复合材料；老化寿命；可靠性中图分类号：TB332文献标识码：A文章编号：1005-505（32001）02-0055-04自从聚合物基复合材料在航空、航天、船舶、度最小值），以及估算复合材料高置信度、高可靠建筑等行业中不断扩大应用，人们就开始关注复度的老化寿命。因此，迫切需要研究聚合物基复合材料的自然老化寿命问题。经过几十年的研究合材料高置信度、高可靠度自然老化寿命与剩余发现，聚合物基复合材料的自然老化是一个非常强度的变化规律，建立其数学关系式。复杂的问题，原因是聚合物基复合材料与金属材本文对此进行了近三年的

3、研究，在!.".古料相比，其本身的物理、力学性能存在较大的分散尼耶夫中值老化公式的基础上，进一步建立了聚性，这种分散性受原材料（树脂体系、增强纤维等）合物基复合材料高置信度、高可靠度自然老化寿的分散性，复合材料复杂的固化成型工艺，如固化命与剩余强度之间的数学关系式，给出了老化剩时间、温度、压力及后处理工艺，树脂在增强纤维余强度的A基值、B基值以及高置信度、高可靠度中的流动行为，气泡，空隙等诸多因素的影响［1］。的老化寿命，满足了工程实际的需要。针对复合聚合物基复合材料的自然老化性能分散性大材料自然老化数据少、老化周

4、期短的情况，本文还的特点导致了老化试验中需要投放大量的试件，提出了确定高置信度、高可靠度自然老化方程中参数的小子样方法，该方法通过百分回归分析［3］加上复合材料的昂贵，其试验费用往往使工程上难以承受。因此，复合材料老化寿命研究中遇到对不同时间的自然老化数据进行整体推断，从而的一个难题是自然老化性能数据少，老化周期短充分开发利用了不同时间的自然老化数据之间相（大多数情况只做到10年左右）。正因为如此，目互提供的“横向信息”，使其可利用的信息量远远前国内外只是对聚合物基复合材料自然老化的中大于传统的对不同时间的自然老化

5、数据只能分别值寿命和中值剩余强度的变化规律进行了研究，进行处理的成组试验法，大大提高了预测精度。俄罗斯全俄航空材料研究院!.".古尼耶夫等人提出了中值老化寿命和剩余强度之间的关系式，1确定复合材料中值老化方程的回工程应用表明，该公式能比较好地描述聚合物基归分析方法复合材料自然老化规律。叶宏军、詹美珍等人还用该公式对我国的T300/4211复合材料老化数据!.".古尼耶夫等人认为聚合物基复合材料进行处理，并预测了该材料25年后的中值老化剩老化过程中的可逆与不可逆的性能变化对材料性余强度［2］。但是，在工程结构设计中需

6、要用到的能有着正面影响（增强过程），也有负面影响（损伤是老化剩余强度的A基值（对应于95%置信度、过程），那么在无负荷条件下暴露于环境中的热固性复合材料，假设其增强过程和损伤过程是相互99%可靠度的老化剩余强度最小值）和B基值（对应于95%置信度、90%可靠度的老化剩余强独立的，那么不可逆所造成的强度变化为：-"#）-（1+$#）（1）!=!0+!（1-"#ln收稿日期：2001-04-17；修订日期：2001-05-19式中!，#为材料常数；"，$为材料及影响状态参作者简介：肇研（1965-），女，博士研究生，副

7、教授。数；!为复合材料老化时间后的强度值；!0为复56航空材料学报第21卷合材料的初始强度值。Il=!x2-Ix2（19）xxi传统方法是首先对每一时刻的试验数据进行i=1I单独处理，得到各个时刻的平均老化强度，然后对lxy=!xiyi-Ixy（20）i=1这些老化强度均值进行拟合，求出式（1）中的待定I22lyy=!yi-Iy（21）参数，A，和O。由于这种估算方法所用到的信i=1TB2D=lxxlyy-lxy（22）息量少，所以求出的参数与真值相差较大。下面I我们给出一种能充分利用各个时刻老化试验数据lxS=!

8、Sixi-ISx（23）i=1确定式（1）中5个待定参数的回归分析方法。IlyS=!Siyi-ISy（24）令：x=1-e-At（2）i=1将（13），（14），（15）代入（11），（12）式，整理可得y=I（I1+Ot）（3）将（2）和（3）式代入（1）式，得S0=2T（Tlxt-Blxt-lSt）=0（25）SAiiiS=S0+Tx-By（4）S0=-