三维编织复合材料疲劳行为的多尺度研究

拟用多尺度耦合方法研究3D编织复合材料的疲劳行为。针对两种典型的3D编织复合材料，分别建立微观纤维、细观编织结构和宏观工程结构三个尺度下疲劳裂纹的演化模型，拟将扩展有限元方法推广至非各向同性材料并结合进疲劳扩展准则，模拟各尺度裂纹的疲劳扩展。以微观疲劳损伤分析为基础，逐级建立细、宏观裂纹的疲劳扩展准则，实现对剩余刚度、剩余强度、疲劳寿命的预测。开展上述材料的疲劳实验。拟用长焦距显微镜实时观测结合切片和断口的显微观测等手段，观察材料表面和内部微、细观损伤的演化，并测量对应的宏观剩余刚度和剩余强度，揭示出材料微、细观疲劳损伤与宏观性能变化之间的联系。积累疲劳损伤数据，为理论模型提供依据和参数来源。本研究主要创新:1.多尺度偶合的3D编织复合材料疲劳行为分析是首次；2.模型中疲劳损伤的物性参数独立于具体编织结构，比现有模型更具通用性；3.扩展有限元方法拓展至非各向同性材料并结合进疲劳扩展准则。