复合材料的疲劳损伤是一个渐进累积的缓慢随机过程,因其微观结构的特殊性,对其损伤机理、损伤演化过程、损伤尺度、失效模式等的描述相对复杂。在疲劳交变载荷的作用下,复合材料微裂纹、微孔隙等内部的初始缺陷进一步演化扩展,产生多种形式的损伤及相互耦合作用,当损伤达到一定容限时材料断裂失效。
国内外对纤维增强复合材料疲劳性能的研究主要集中在疲劳破坏模式、疲劳损伤机理和寿命预测,研究方法主要为宏观唯象法及微观机理法,其中,基于试验的宏观唯象法是目前国内外研究复合材料疲劳性能的主要手段。大量试验研究圆表明,复合材料在疲劳荷载作用下出现基体开裂、分层、纤维断裂、界面脱黏四种基本损伤模式。四种模式交错出现,演化成多种损伤共同耦合作用下的损伤域,疲劳损伤演化因此大体呈现以下三个阶段:
1,损伤萌生阶段,复合材料中基体开裂,生成大量微裂纹;
2,损伤累积阶段,基体微裂纹持续发展,同时基体、纤维界面出现脱黏现象,层间局部分离现象发生,随着分层的扩展,部分纤维出现断裂现象;
3,疲劳破坏阶段,当循环次数达到一定程度,多种损伤耦合作用使得裂纹迅速扩展,复合材料瞬间发生失效破坏。
史慧媛等5260从材料、界面、结构等角度,通过大量试验研究,利用断裂力学、损伤力学、连续介质力学等理论与方法,建立了复合材料不同的疲劳分析模型。常用的复合材料疲劳性能研究理论大致可归类为SN曲线理论和疲劳累积损伤理论。
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