纤维增强树脂基复合材料剪切疲劳性能研究

论文摘要

纤维增强树脂基复合材料（Fiber Reinforced Polymer-FRP）因其良好的力学性能和可设计性等优点已被广泛应用于航空,航天等领域。在工程应用中,疲劳失效是一种重要的失效形式,前人对FRP的疲劳行为和疲劳损伤机理进行了广泛研究,特别是对剩余强度、剩余刚度、拉压S-N曲线等进行了深入的研究。本文对FRP的疲劳损伤机理和疲劳行为进行了简要的总结,对复合材料面内剪切试验方法进行了回顾和评述;对已有的复合材料静态失效准则扩展为疲劳失效准则进行了总结,将Tsai-Hill静态准则扩展为疲劳失效准则,并给出了从偏轴层压板疲劳S-N曲线估算剪切疲劳S-N曲线的方法;在已知复合材料纵向、横向、剪切三个主轴方向上的疲劳S-N曲线后,可以通过扩展后的疲劳失效准则对任意角度的复合材料层压板疲劳寿命进行预测。通过文献给出的偏轴复合材料疲劳数据验证了本方法的可行性,由不同角度偏轴层压板疲劳数据估算得到的剪切S-N曲线具有很好的一致性,通过Tsai-Hill准则预测偏轴层压板的S-N曲线与试验数据吻合很好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 复合材料疲劳机理简述
• 1.1.1 基体开裂
• 1.1.2 界面脱胶
• 1.1.3 分层
• 1.1.4 纤维断裂
• 1.1.5 外载和环境影响
• 1.2 复合材料疲劳损伤
• 1.2.1 微观或物理的角度定义损伤
• 1.2.2 宏观或维象的角度定义损伤
• 1.3 复合材料疲劳损伤扩展
• 1.4 复合材料疲劳寿命行为
• 1.4.1 S－N 曲线
• 1.4.2 ε－N 曲线
• 1.4.3 单向板的S-N 曲线
• 1.5 复合材料剪切疲劳失效准则研究现状
• 1.5.1 应力准则
• 1.5.2 能量准则
• 1.6 本文内容
• 第二章 复合材料剪切疲劳试验研究
• 2.1 扭转法
• 2.2 偏轴拉伸法
• 2.2.1 45°偏轴拉伸法
• 2.2.2 ±45 °偏轴拉伸
• 2.2.3 10°偏轴剪切试验
• 2.3 剪切法
• 2.3.1 轨道剪切试验方法
• 2.3.2 Arcan 圆盘试件法
• 2.3.3 Iosipescu 剪切试验方法
• 2.3.4 正方形板对角拉伸方法
• 2.4 结束语
• 第三章 复合材料面内剪切疲劳寿命分析模型
• 3.1 偏轴疲劳损伤机理
• 3.2 偏轴应力计算公式
• 3.3 单向板面内剪切疲劳失效准则
• 3.4 试验验证
• 3.4.1 M.-H.R.Jen 的试验数据
• 3.4.2 Hashin 的试验数据
• 3.4.3 F.ellyin 的试验数据
• 第四章 总结与展望
• 4.1 总结
• 4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文