基于细观力学的聚合物基复合材料疲劳寿命预测方法技术

基于细观力学的聚合物基复合材料疲劳寿命预测方法，确定聚合物基复合材料的性能研究对象，性能研究对象包括纤维、基体和纤维‑基体界面；根据性能研究对象的本构关系和S‑N曲线，重复堆积一个等效体积单元模型构建等效规则纤维阵列；利用单元体模型确定静载荷和疲劳载荷作用下的聚合物基复合材料层压板的多轴时变细观应力；对于每个性能研究对象的给定细观应力转换成一个等效平均应力和一个等效应力幅值；根据等效平均应力和等效应力幅值，结合蠕变断裂动力学模型获得疲劳失效的循环次数，建立等寿命图用于预测蠕变/疲劳寿命。本发明专利技术有利于人们对采用聚合物基复合材料制作的设备使用寿命有效预测，从而对设备正常高效的使用具有指导意义。

Fatigue life prediction of polymer matrix composites based on Micromechanics

【技术实现步骤摘要】
基于细观力学的聚合物基复合材料疲劳寿命预测方法
本专利技术涉及一种基于细观力学的聚合物基复合材料疲劳寿命预测方法，属于复合材料疲劳监测

技术介绍
聚合物基复合材料(PMC)由于具有优越的比强度和比刚度，因此在许多应用中被广泛的作为金属的代替品。然而，由于复合材料固有的各向异性和细观非均质性，传统的金属材料疲劳寿命预测方法并不适用于复合材料，因此，复合材料的疲劳寿命预测一直是人们关注的焦点。近年来，人们对复合材料的疲劳寿命预测进行了大量的研究。现有技术中，存在一种非对称等寿命图(CLD)模型方案，在层合板的静态拉伸强度和压缩强度下锚定的非对称常数寿命曲线，峰值沿一条线表示一个“临界应力比”，等于静态压缩强度与静态拉伸强度的比值。随着疲劳寿命的增加，各等寿命曲线的形状由双线性演化为非线性。CLD可以用静态拉伸与压缩强度，以及临界应力比下的S-N参考曲线来构造。通过对正交、π/3准各项同性和π/4准各向同性铺层的碳纤维-环氧树脂(CFRP)层合板进行T-T,T-C,C-C疲劳试验来实现参数确定和预测验证的目的。为了更好的拟合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于细观力学的聚合物基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)确定聚合物基复合材料的性能研究对象，所述性能研究对象包括纤维、基体和纤维-基体界面；根据所述性能研究对象的本构关系和S-N曲线，重复堆积一个等效体积单元模型构建等效规则纤维阵列；/n(2)利用所述单元体模型确定静载荷和疲劳载荷作用下的聚合物基复合材料层压板的多轴时变细观应力；/n(3)对于每个性能研究对象的给定细观应力转换成一个等效平均应力和一个等效应力幅值；/n(4)根据所述等效平均应力和等效应力幅值，结合蠕变断裂动力学模型获得疲劳失效的循环次数，建立等寿命图用于预测蠕变/疲劳寿命。/n

【技术特征摘要】
1.基于细观力学的聚合物基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定聚合物基复合材料的性能研究对象，所述性能研究对象包括纤维、基体和纤维-基体界面；根据所述性能研究对象的本构关系和S-N曲线，重复堆积一个等效体积单元模型构建等效规则纤维阵列；
(2)利用所述单元体模型确定静载荷和疲劳载荷作用下的聚合物基复合材料层压板的多轴时变细观应力；
(3)对于每个性能研究对象的给定细观应力转换成一个等效平均应力和一个等效应力幅值；
(4)根据所述等效平均应力和等效应力幅值，结合蠕变断裂动力学模型获得疲劳失效的循环次数，建立等寿命图用于预测蠕变/疲劳寿命。


2.根据权利要求1所述的基于细观力学的聚合物基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，所述等效体积单元模型包括所述聚合物基复合材料的全部性能研究对象；采用应力放大系数将聚合物基复合材料层压板所受的宏观应力和细观应力建立联系：



其中，σ为纤维或基体中某一点的细观应力，是宏观应力，ΔT是温度增量，M和A分别表示宏观应力和温度增量的应力放大系数。


3.根据权利要求2所述的基于细观力学的聚合物基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，将聚合物基复合材料的随机纤维阵列替换为所述等效规则纤维阵列，对于纤维研究对象将所述多轴时变细观应力的整体效应采用一个等效应力分量表示：
σeq,f(t)＝σf1(t)


4.根据权利要求3所述的基于细观力学的聚合物基复合材料疲劳寿命预测方法，其特征在于，对于基体研究对象等效的方式为：






其中，



β是基体静态压缩强度Cm与静态拉伸强度Tm之比，和分别利用3个直接应力分量的平均值和幅值计算；和分别为利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，孙茂旭，
申请(专利权)人：烟台宏远氧业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37