碳纤维复合材料层板结构环境条件下的疲劳性能研究

该文针对碳纤维复合材料层板结构,分别进行标准环境下和湿热环境下的疲劳试验,对完成规定疲劳寿命的层板试验件进行剩余强度试验,分析了碳纤维复合材料层板结构的破坏模式。试验结果表明,湿热环境对碳纤维复合材料层板结构的疲劳性能基本无影响,并对复合材料结构疲劳性能的后续研究进行了展望。     

GLARE层板性能研究进展

 GLARE层板是高级飞行器结构中使用的新型纤维金属层板,它的使用给航空工业材料发展注入新的血液.本文回顾了纤维金属层板的发展历程,介绍了GLARE层板种类及制造方法,着重分析了GLARE层板的基本力学性能、抗冲击性能、挤压性能、疲劳性能、缺口剩余强度和环境耐久性,检测和修理的相关内容亦有所介绍.总结已有的GLARE层板相关性能研究进展,提出了GLARE层板研究领域需要解决和关注的若干问题,包括基本力学性能实验、裂纹增长预测与模拟、高温高湿情况下损伤处剩余强度研究等.     

含孔型缺口的纤维金属层板剩余强度

纤维金属层板(fiber metal laminates,FMLs)作为混合层板家族中一员,由铝合金层和预浸料层交替铺设而成.相比于铝合金板,含缺口的纤维金属层板强度下降更为明显.为研究含孔型缺口的纤维金属层板的剩余强度,测试了光滑试样的静力拉伸性能和缺口试样的剩余强度.分析了铺层结构对剩余强度的影响,引入应力失效模型预测了纤维金属层板含孔型缺口的剩余强度,讨论了含缺口纤维金属层板的失效模式、损伤萌生和扩展过程.结果显示:带孔GLARE3层板的强度下降约为40%,铺层增加后缺口敏感性下降,特征长度增加,约在90%的剩余强度时缺口处有损伤发生.     

一种纤维增强复合材料的力学化学疲劳模型

在充分考虑疲劳过程中聚合物基复合材料内部所发生的化学变化的基础上，引入周期力学活化能与剩余强度系数的概念。提出了一种新的纤维增强复合材料的力学－化学疲劳模型，从力学化学效应的角度可以较好地解释间歇疲劳寿命大于连续疲劳寿命，含氢键介质可以延长材料的疲劳寿命等现象，而且采用这种力学－化学疲劳模型对复合材料疲劳过程的剩余强度进行了预测，其结果与试验值吻合得很好。     

一种预测疲劳后复合材料单钉连接剩余强度的方法

复合材料机械连接件的疲劳问题在飞机结构设计中愈显突出。以复合材料层合板疲劳中刚度退化模型为基础,分析了复合材料单钉连接件在疲劳过程中细观机理,建立了复合材料单钉连接剩余强度预测公式;并开展了CCF300/BA9916-ⅡS复合材料单钉连接疲劳试验。结果表明,公式预测结果与试验结果取得较好的吻合。     

瓦楞纸板结构的疲劳剩余强度

通过一定频率条件下的瓦楞纸板结构的疲劳剩余强度试验,对瓦楞纸板结构的疲劳剩余强度性能进行了初步探讨.发现不同载荷下,瓦楞纸板结构的疲劳强度均有提高.指出结构剩余疲劳强度上升的主要原因是,疲劳振动引起接触范围增大和接触面约束的增加.     

风电叶片玻璃纤维布的疲劳性能实验研究

利用拉伸试验机、疲劳试验机等仪器对风电叶片复合材料的玻璃纤维布的疲劳性能进行试验研究,通过分析不同损伤程度的玻璃纤维布对玻璃纤维层板疲劳性能的影响,确定其疲劳性能参数,结果表明:玻璃纤维布损伤的区域在疲劳试验中优先发生分层,随着疲劳试验的延长优先发生断裂,玻璃纤维布损伤程度是影响玻璃纤维复合板疲劳性能的主要因素之一。     

基于剩余强度衰减退化的非线性累积损伤准则及其可靠性定寿

零件的疲劳破坏是一个损伤逐步累积、承载能力逐步下降的过程,其疲劳强度随其承受的载荷和频次而不断衰减.通过研究疲劳过程中材料剩余强度衰减退化的规律,从疲劳损伤的定义出发,把剩余强度退化通过一个衰减系数引入到损伤的定义中,提出考虑材料强度性能退化的非线性累积损伤模型来修正Corten-Dolan理论模型.该模型不但考虑了载荷间的相互作用效应,而且还考虑了载荷加载历史引起的强度退化的影响.同时提出了一种基于剩余强度衰减退化的零件疲劳寿命可靠性分析方法,即在假设剩余强度分布服从对数正态分布下,用零件的剩余疲劳损伤强度计算疲劳可靠度和预测零件疲劳可靠性寿命.通过基于修正Corten-Dolan模型的疲劳寿命预测和算例对比分析,该模型完善了传统Corten-Dolan理论模型的适用范围,提高了预测精度.以恒幅载荷作用下的疲劳可靠性描述为例,通过对比模型分析值和实验值,证实了基于剩余强度衰减退化的疲劳寿命可靠性分析模型的可行性,并可以推广至多级载荷作用下的疲劳可靠性寿命的预测.     

三维编织复合材料威布尔概率分布数学模型

首先分析了三维编织工艺和预制件细观结构,对三维编织复合材料基本的单胞力学模型进行分析,然后运用三细胞模型,对圆形截面三维编织复合材料的工程弹性常数进行理论预测,最后通过数学推导,导出了三维编织复合材料剩余刚度和疲劳寿命的威布尔概率分布函数的表达式,并给出了上述两个分布函数中有关参数的确定方法,为进一步研究三维编织复合材料疲劳寿命试验和寿命预测提供一定的理论依据.     

复合材料层板动态力学性能和温度相关性的实验研究

在不同温度环境下,利用ＭＴＳ材料试验机,采用中等应变速率（１／ｓ）,对玻璃布－环氧层板实施了冲击拉伸实验,测试了该材料在不同温度、不同应变速率下的应力应变曲线,确定了杨氏模量、拉伸强度和泊松比等力学参数。实验结果表明,玻璃布－环氧层板具有明显的应变率、温度效应;在室温以上温度环境下,该层板具有动态韧性。还分析讨论了复合材料拉伸试样设计的一些主要问题,给出哑铃形试样结合粘贴加强片和销钉拉伸的复合材料拉伸试样设计方法。     

预应力磨削表面残余应力的研究

一般常规磨削试件常得到表面残余拉应力,这种残余拉应力使工件的疲劳强度大为降低,而且在腐蚀环境中容易腐蚀。如果能获得表面残余压应力,则其疲劳强度大大提高,抗腐蚀性能会有所改善。本文对45号钢退火试件预加拉伸应力进行磨削试验,结果表明可使试件表面获得残余压应力,从而为控制和调整已加工表面残余应力提供一条新的途径。     

残余应力与拘束对GH4169合金疲劳及蠕变-疲劳裂纹扩展速率影响研究

为深入理解残余应力与拘束在疲劳载荷下的交互作用,以镍基高温合金GH4169为研究对象,选用紧凑拉伸(CT)试样,对不同拘束CT试样的上方施加不同大小的预加载荷从而在裂尖产生不同应力。将该应力作为残余应力,系统研究残余应力和拘束交互作用下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率。结果表明：随着裂尖残余压应力的增加,不同拘束下GH4169合金的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率均降低。与低拘束试样相比,高拘束试样的疲劳和蠕变–疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感,这主要与裂尖Mises应力和垂直于裂纹扩展方向的正应力有关。与疲劳裂纹扩展速率相比,蠕变-疲劳裂纹扩展速率对残余应力的变化更加敏感。     

金属材料微塑性变形的研究

本文讨论了微塑性变形对金属零构件力学行为的意义。对20Cr、40Cr及60Si2Mn等钢试样的实验研究表明,微塑性变形抗力既受到显微组织结构的影响,又受到残余应力的影响。微塑性变形与试样中的残余应力之间有着密切的关系。由此观点出发,提出了对负残余应变现象的解释。对于不同应力水平下循环加载时微塑性变形的变化情况也进行了测试,并将此结果与疲劳过程中残余应力松弛的规律进行了比较与分析。     

预制表面缺陷对钢滚动接触疲劳性能的影响

10Cr4Ni4Mo4V是在Cr4Mo4V的基础上研制的航空发动机轴承材料。为研究表面损伤对这两种材料疲劳性能的影响,通过含预制表面缺陷和无表面缺陷的滚动接触疲劳实验,研究了表面洛氏缺陷及其边缘突起对这两种材料接触疲劳性能的影响。通过扫描电镜分析了含表面缺陷试样疲劳发展过程及失效形貌,用X射线应力测定仪测量了试样实验前后残余应力随表面至芯部距离的分布。结果表明,表面缺陷以及缺陷边缘的突起均使材料疲劳性能劣化,10Cr4Ni4Mo4V的接触疲劳性能优于Cr4Mo4V。     

缺口滚压后组织强化的分离与模拟

采用了薄板轨制工艺,将薄板在不同的轨制力下轧制,从而使残余应力趋于零,对获得不同压下量且仅有组织变化的试样,分离了残余应力和组织强化的作用,通过不同变形量和滚压试样硬度和晶粒度对比,可模拟滚压分层组织,为单独研究组织强化对疲劳性能的作用提供了条件．     

混凝土抗拉疲劳剩余强度损伤模型

基于连续体损伤力学理论,建立了各向异性混凝土抗拉疲劳剩余强度衰减模型.模型中采用了基于应变能量释放率空间的边界面模型,通过极限断裂面的不断移动模拟疲劳过程中损伤阈值的不断变化.提出了在高周疲劳过程中损伤模量表达式中的D为一与剩余强度有关的变量的观点,并给出了函数表达式.结合已完成的混凝土疲劳抗拉剩余强度试验,确定了模型的参数,并验证了模型的有效性.     

缺口试件在压缩循环载荷下的疲劳行为研究

主要研究锐缺口在压－压缩载荷下的裂纹扩展规律。为了探讨索缺口试件在压循环载荷下裂纹扩展规律，首先进行了试验研究。试验结果表明在等幅压循环载荷下裂纹可以扩展，但其扩展速率是逐步降低的，并最终发生休眠。     

纯钛滚压形变强化的研究

采用TEM,XRD技术研究了多晶纯钛滚压形变强化疲劳前后的显微组织特征和残余应力.实验结果发现:多晶纯钛疲劳抗力的提高主要是由于形变显微组织和残余压应力的产生及表面粗糙度的降低.滚压组织中形成高密度位错和单个?分散的变形孪晶,历经106以上的循环周次后,孪晶-晶界的交互作用是其主要特征.疲劳后次表面残余压应力松弛较表面严重.     

表面强化处理钢的疲劳断裂韧性

本文首次把疲劳断裂韧性概念引入到表面化学热处理强化钢中。试验结果表明:在较低过载应力下存在内部疲劳裂纹时,“鱼眼”半径可定义为临界裂纹半长;对每一处理状态,疲劳断裂韧性可视为一定值;除强度和塑性外,表面化学热处理钢中所特有的残余应力对疲劳断裂韧性也具有重要的影响;在碳氮共渗层中,当裂纹向着高碳含量方向扩展时,残余压应力对裂纹的扩展起着显著的抑制作用。