含冲击损伤复合材料典型结构疲劳寿命研究

含冲击损伤复合材料典型结构疲劳寿命研究是复合材料结构损伤容限/耐久性研究中关键问题之一。本项目研究在理论分析、数值模拟和试验研究的基础上，分析含冲击损伤复合材料层板的损伤扩展规律，揭示其损伤演变特征，提出损伤演变方程，建立相应的含冲击损伤复合材料层板损伤扩展模型，选用合适的复合材料疲劳剩余刚度分析模型，结合相应的失效判据，建立起含冲击损伤复合材料层板寿命预测方法，系统研究冲击能量、损伤面积、载荷水平等相关参数对结构破坏模式和疲劳寿命的影响规律，从而针对典型复合材料加筋壁板结构，建立起含冲击损伤复合材料结构疲劳寿命分析方法。课题所涉及到的损伤扩展模型、寿命预测方法等关键技术问题，在该研究领域亟待解决。

含冲击损伤复合材料典型结构疲劳寿命研究是复合材料结构损伤容限/耐久性研究中关键问题之一。.本项目采用非线性动力学有限元分析方法，基于Abaqus仿真软件平台建立含预置分层损伤复合材料层合板有限元模型，利用虚拟裂纹闭合法计算分层前缘的应变能释放率，选用基于能量释放率的分层扩展判据，结合剩余强度模型弱化材料性能，通过Hashin失效准则进行单层板面内损伤识别，引入VUMAT子程序实现模型疲劳损伤失效的判断及材料刚度性能的折减，对复合材料层板在疲劳载荷作用下的分层扩展行为进行了研究。.对两种典型铺层T300/QY8911和T300/5405复合材料层合板开展了2种能量的低速冲击损伤和冲击后5种应力水平下的压-压疲劳试验研究，分析了疲劳损伤扩展与疲劳寿命之间的变化规律。研究表明：含冲击损伤层板压-压疲劳载荷下的损伤扩展过程可分为平稳期和扩展期两个阶段，平稳期约占整个疲劳寿命的前80%；而疲劳寿命的后半阶段为扩展期，损伤沿垂直载荷的方向迅速扩展；当垂直于疲劳载荷方向上的损伤宽度超过试件宽度的50%时，试件的剩余疲劳寿命不及总体寿命的1/10，且损伤宽度比损伤面积更适合来描述含低速冲击损伤复合材料层板在压-压疲劳载荷下的损伤扩展情况。.运用开口等效法将复合材料层板冲击损伤区域等效为相应孔径的开孔，基于无孔复合材料层板指数函数规律的疲劳模型和等寿命曲线族的直线模型，采用含孔正交各向异性材料的平均应力破坏准则，提出修正系数，建立了不同能量低速冲击后复合材料层板在不同应力水平下的剩余疲劳寿命预报模型。