[發明專利]復合材料的疲勞壽命預測方法及預測系統

有效

• 申請號: 201611165477.0
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN108204925B
• 公開（公告）日: 2020-03-20
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: ?？谖磥砑夹g研究院
• 主分類號: G01N3/28
• 分類號: G01N3/28;G01N3/08
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;盧軍峰

本發明提供了復合材料的疲勞壽命預測方法和系統，包括：對復合材料進行拉伸性能試驗以獲得拉伸應力?應變曲線；將拉伸應力?應變曲線進行數據處理，并將拉伸應力?應變曲線映射成：第一疲勞壽命計算公式以基于復合材料的剩余強度計算第一疲勞壽命值；以及第二疲勞壽命計算公式以基于復合材料的剩余剛度計算第二疲勞壽命值；將待測復合材料的性能參數分別代入第一疲勞壽命計算公式和第二疲勞壽命計算公式，以獲得第一疲勞壽命數值和第二疲勞壽命數值；將第一疲勞壽命數值和第二疲勞壽命數值進行比較，并將二者中較小的數值輸出。本發明能夠對復合材料的疲勞壽命進行預測。

技術領域

本發明涉及一種復合材料的疲勞壽命預測方法及預測系統。

背景技術

纖維復合材料具有優異的力學性能(比強度和比模量高、耐疲勞性能好、阻尼減振性能好)，而且還可以根據使用條件的要求進行設計和制造，以滿足各種特殊用途，從而極大地提高工程結構的效能，已成為一種當代新型的工程材料，在航空航天、汽車工業、船舶工業、能源產業等得到了廣泛的應用。

復合材料是由纖維相、基體相以及界面相所組成的各向異性材料，大量試驗結果研究表明:復合材料受疲勞循環載荷作用時，在其整個壽命期間內不產生如金屬材料那樣控制整個結構疲勞性能的一條主裂紋，而是產生基體開裂，界面脫膠，分層和纖維斷裂四種基本破壞形式，以及由它們相互作用而形成的諸多綜合破壞形式。因此，是否能夠準確預測碳纖維復合材料結構的疲勞壽命是影響當前其廣泛應用的重要前提。

目前科學界和工業界對復合材料界面相的研究主要包括兩個途徑。一是通過建立唯象實驗手段，如納米壓痕、單絲拉伸等來測量界面相的結構特征和力學參數；另一種則是通過細觀力學的方法對界面相進行數值建模。

發明內容

針對相關技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種能夠對復合材料的疲勞壽命進行預測的預測方法及預測系統。

為實現上述目的，本發明一方面提供了一種復合材料的疲勞壽命預測方法，包括：

步驟一：對復合材料進行拉伸性能試驗以獲得拉伸應力-應變曲線；

步驟二：將拉伸應力-應變曲線進行數據處理，使得拉伸應力-應變曲線映射成：

第一疲勞壽命計算公式以基于復合材料的剩余強度計算第一疲勞壽命值；以及

第二疲勞壽命計算公式以基于復合材料的剩余剛度計算第二疲勞壽命值；

步驟三：將待測復合材料的性能參數分別代入第一疲勞壽命計算公式和第二疲勞壽命計算公式，以獲得第一疲勞壽命數值和第二疲勞壽命數值；以及

步驟四：將第一疲勞壽命數值和第二疲勞壽命數值進行比較，并將二者中較小的數值輸出。

根據本發明的一個實施例，步驟二中進一步包括：

計算第一疲勞壽命值的第一疲勞壽命計算公式(1)為：

Nf₁＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s)) (1)；以及

計算第二疲勞壽命值的第二疲勞壽命計算公式(2)為：

Nf₂＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b) (2)，

其中，a、b、c分別代表常數，σ代表拉伸強度，kA(s)代表恒定載荷。

根據本發明的一個實施例，步驟一進一步包括：

在高低溫實驗箱中利用材料試驗機進行復合材料拉伸性能試驗，以獲得拉伸應力-應變值并對拉伸應力-應變值進行擬合處理以獲得拉伸應力-應變曲線。

根據本發明的一個實施例，步驟一中進一步包括：