單向複合材料層合板的多軸失效行為和疲勞壽命預測

      複合材料因其出色的力學性能和廣泛的應用領域而受到廣泛關(guan) 注。然而，複合材料在多軸應力狀態下的疲勞壽命預測一直是一個(ge) 具有挑戰性的問題，涉及多種失效模式和損傷(shang) 機製的耦合。傳(chuan) 統的疲勞壽命預測模型往往難以準確捕捉複合材料在多軸應力下的複雜失效行為(wei) 。目前，已經有一些研究致力於(yu) 開發複合材料的多軸疲勞壽命預測模型。然而，這些模型往往基於(yu) 複雜的理論和算法，難以實際應用。此外，現有的模型往往忽略了自然複合材料失效特性對複合材料疲勞壽命的影響，導致預測結果不夠準確。因此，發展一種基於(yu) 自然複合材料失效特性的複合材料多軸疲勞壽命預測模型具有重要意義(yi) 。

      近日,TOP期刊《Composites Science and Technology》發表了南京航空航天大學在複合材料的多軸疲勞失效行為(wei) 方麵的研究，提出了一種基於(yu) 自然複合材料失效特性的多軸疲勞壽命預測模型。論文標題為(wei) “Multiaxial failure behavior and fatigue life prediction of unidirectional composite laminates"。

      該研究通過對複合材料在多軸應力下的失效行為(wei) 進行深入研究，建立了一個(ge) 能夠準確預測複合材料疲勞壽命的模型。研究團隊製備了單向層合板試樣，搭建了相應的疲勞試驗裝置。試驗過程中，對試樣施加了不同的多軸應力組合，包括拉伸-扭轉複合加載等，詳細記錄了試樣的疲勞壽命、失效模式以及損傷(shang) 演化過程。為(wei) 了更準確地預測複合材料的疲勞壽命，提出了一種基於(yu) 天然複合材料失效經驗的多軸疲勞壽命預測模型。該模型考慮了多軸應力對基體(ti) 剪切失效的複雜耦合效應，並通過引入修正項對複合材料在縱向和橫向應力作用下的基體(ti) 剪切失效進行了描述。

     建立了相應的數值分析模型來模擬複合材料的多軸疲勞失效過程，采用了有限元方法（FEM）進行模擬分析。模擬結果表明，縱向裂紋出現後，管狀試樣的軸向剛度幾乎沒有變化，而扭轉剛度顯著降低約50%。這說明縱向單裂紋分裂應被包含在基本的多軸失效模式中，因為(wei) 它與(yu) 天然複合材料的扭轉剛度大幅降低相似。   

通過多組實驗驗證，研究發現該預測模型能夠較好地預測複合材料在多軸應力作用下的疲勞壽命。預測結果與(yu) 實驗數據大多在三倍範圍內(nei) ，表明該模型具有一定的可靠性和準確性。此外，文章還比較了該方法與(yu) 傳(chuan) 統基於(yu) 應力的疲勞準則的預測精度，發現該方法在預測偏軸層合板和單向管狀試樣的壽命時具有更高的準確性。

該研究通過對複合材料的多軸疲勞失效行為(wei) 進行深入分析，提出了一種基於(yu) 自然複合材料失效特性的多軸疲勞壽命預測模型。該模型考慮了複合材料在多軸應力下的複雜失效行為(wei) ，並量化了縱向應力和剪切應力對疲勞壽命的影響。通過對比實驗結果和預測結果，驗證了該模型的準確性和可靠性。該研究為(wei) 複合材料的多軸疲勞壽命預測提供了新的思路和方法，對於(yu) 推動複合材料在實際應用中的更廣泛應用具有重要意義(yi) 。