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复合材料层合板的剩余强度模型研究 边文风，孙芳，杜善义 (哈尔滨工业大学，哈尔滨150080) 摘要复合材料层合板(FRP)的疲劳特性决定了其结构的可靠性和安全性，因此研 究复合材料的疲劳寿命预测方法具有重要的意义。层合板累积损伤理论的建立主要依赖于实 验，已有多种预测复合材料疲劳寿命的累积损伤模型被提出。本文对FRP疲劳累积损伤进行 了研究，提出了复合幂指教剩余强度模型，本模型能很好的描述FRP疲劳累积损伤的三个阶 段，尤其是早期和末期的变化。将该模型用于二级循环加载试验，所得分析结果更加接近试 验数据。所以，本研究为FRP疲劳累积损伤提供了一个与实验结果更加吻合的剩余强度模型． 关键词复合材料剩余强度疲劳寿命累积损伤． 中图分类号0346 O 引言 1 剩余强度衰减模型描述 考虑复合材料的疲劳损伤在工程实际上有重 利用剩余强度模型描述损伤状态，关键是建立 要的意义。目前针对FRP疲劳累积损伤展开了大量 合适的剩余强度衰减模型。拉伸时FRP的剩余强度 的研究，常见的累积损伤模型有：剩余寿命模型、 有如下特征17J：‘ 剩余强度模型、剩余刚度模型、耗散能模型等。Yao (1)在疲劳寿命的早期阶段，由于基体中出现 掣ll针对环氧基复合材料部分疲劳寿命实验和对应 微裂纹，剩余强度下降的较快； 的剩余强度试验的数据进行了统计分析，得到了剩 (2)在疲劳寿命的中期阶段，由于纤维随机断 裂和分层的出现，剩余强度下降的缓慢且平稳； 余强度与疲劳寿命的统计关系。Tserpes等12J利用三 维疲劳累积损伤模型和静态三维累积损伤模型估 (3)接近失效时，剩余强度迅速下降，通常称 Fiber-reinforced之为“突然死亡”。 计了碳纤维复合材料CFRP(Carbon 用R(万)表示第一次循环时的剩余强度，那 Plastic)层合板的剩余强度。Epaarachchi等pJ针对 Fiber-reinforced末，剩余强度衰减模型还应满足如下两个条件：n-q) 玻璃纤维复合材料GFRP(Glass Plastic)研究了应力变化率和加载频率的非线性对时，R(”)为材料的静强度；玎爿吩时，R(以)司 疲劳寿命的影响，给出了强度递减率的模型。顾 为构件工作时的峰值应力。即： 怡【4J研究了连续纤维树脂基复合材料的剩余强度 尺(，1)=尺(O)，(力=0时) 随疲劳载荷加载次数退化的规律，按照FRP疲劳 R(订)=S，，l=N，(时) (1) 损伤的产生和发展的规律，提出了一个FRP剩余强 目前，比较普遍的剩余强度衰减模型为 度退化的模型，并在此基础上提出了复合材料剩余 (2) 强度退化的统计模型。N．Himmel[51给出了非线性的 R(，1)=尺(O)-JR(O)一Slf(x) 剩余强度表达式，认为剩余强度的衰减按幂指数规 (2)式中：z=rl／Nf，厂为累积损伤函数，由试验确 律变化。其中以Ya0161等提出的剩余强度模型最具 定，且0≤f≤1。 代表性，他给出的剩余强度理论较好地描述了常幅 加载和变幅加载时剩余强度与累积损伤的变化关 提出了一个剩余强度的线性衰