北航航空学院疲劳强度期中作业资料.doc

单位代码 10006 学号分类号密级公开疲劳强度期中作业(译文) 弯曲/ 扭转载荷下管状碳纤维复合材料的疲劳强度院(系)名称航空科学与工程学院专 业名称飞行器设计与工程姓 名 X XX 学 号 XXXXXXXXXXX 201 4年 11月疲劳强度期中作业( 译文) 第I页弯曲/扭转载荷下管状碳纤维复合材料的疲劳强度 a,b,. Ferreira a,c,T. Febra b,. Costa a,c aCEMUC, Universidade deCoimbra, Rua Luis Reis Santos, 3030-788 Coimbra, Portugal bDepartment ofMechanical Engineering, ESTG, Polytechnic Institute of Leiria, Morro doLena –Alto Vieiro, 2400-901 Leiria, Portugal cDepartment ofMechanical Engineering, Universidade deCoimbra, Rua Luís Reis Santos, 3030-788 Coimbra, Portugal 摘要碳纤维增强树脂基复合材料已经大量用于经常受到双轴疲劳载荷的结构,本文主要研究了管状碳纤维复合材料在阶段性双轴弯曲/扭转动态载荷下的疲劳特性。特别是,本文分析了扭转应力和平均应力对疲劳强度和失效机制的影响。随着弯曲/扭转应力比的增加,疲劳强度大幅下降,同时损伤加快。在施加扭转载荷的情况下,平均应力对疲劳强度的影响可以很好的近似为二次方程。关键词: 双轴疲劳、碳纤维、疲劳试验、管状结构疲劳强度期中作业( 译文) 第1页介绍碳纤维增强树脂基(CFRPs) 复合材料可以显著减小重量,从而相应的节约燃料,已广泛用于机动车辆、飞机、高铁的结构和组件。在很多情况下,这些结构组件受到复杂的疲劳载荷作用,其幅值、应力比(R) ,循环应力波形不断变化,同时伴随着弯曲/ 双轴扭转载荷的共同作用。已有的文献报告大多研究了复合材料,即通过纤维编制缠绕形成的碳/环氧树脂管状试样在双轴载荷作用下的失效[ 1,2], 准各向同性铺放[ 3] 和叠层模塑技术[4]。 Amijima 等人[5] 研究了通过湿法缠绕工艺制造的平纹编织玻璃/环氧树脂层压板的双轴失效,确定了主要的失效机制:纤维断裂、纤维拔出、基体开裂以及由界面拉伸和剪切失效导致的分层破坏[ 6],对于由[0° /90 °] s和[±45°] s 编织纱组成的石墨/ 环氧树脂薄壁管,通过试验可以观察到第一层的失效机制主要是基体剪切破坏和基体拉伸破坏[ 7]。 Ferry 等人[ 8] 研究了单向玻璃纤维/ 环氧树脂条在弯曲和扭转载荷共同作用下的疲劳破坏,发现破坏过程由纤维失效、分层和基体开裂引起。这些作者得出了结论:疲劳破坏是由几个复杂的过程引起的,它取决于弯曲/ 扭转应力比和最大/ 最小应力比的共同作用。一个广泛用于模拟疲劳失效的方法是对刚度变化进行量化,通常考虑材料弹性模量而不是疲劳循环次数。在很多情况下发现,经过第一个循环周期后,刚度下降显著;而紧接着的第二个较长的时间内刚度下降很小。在这一阶段出现纤维断裂和基体微裂纹, 随后,层压板发生分层而分离,导致材料快速破裂同时刚度急剧下降[ 9]。 El-Assal 和 Khashaba [10] 研究了单向玻璃纤维增强树脂(GFRP) 复合材料的疲劳特性,结果发现在扭转/弯曲载荷同步作用下,扭转疲劳强度远低于纯弯曲载荷下的疲劳强度,并且在扭转/ 弯曲载荷同步作用下疲劳极限仅为纯弯曲载荷下的疲劳强度的一半。 Fawaz 和 Ellyin [ 11,12] 提出了一种用于寿命预测的多轴模型, 它是基于参考疲劳曲线的修正来解释实际载荷比和多轴载荷条件。 Quaresimin 等人[ 13] 重新分析了文献中一些有效的多轴疲劳数据来验证利用 Fawaz – Ellyin 方法以及多项式函数标准进行寿命预测的准确性。最近, Quaresimin 和 Carraro [ 14] 研究了单向复合材料圆管的双轴疲劳特性,圆管由玻璃/ 环氧铺层做成,纤维取向相对于圆管轴向呈 90° ,在弯曲—扭转载荷的共同作用下进行试验,结果发现疲劳试验中的损伤演化没有出现一个可衡量的稳定增长,沿管周上的横向裂纹传播不稳定,从而导致试样经过很少的几个循环周期后完全分离。由于这种疲劳强度期中作业( 译文) 第2页特性,轴向和扭转刚度在最终的失效中仅表现为突然的下降。 Quaresimin 和 Carraro [ 15] 在弯曲/ 扭转载荷共同作用的条件下采用具有不同铺层([90 n ],[0 F /90 U