CN109446594A - 一种测定复合材料疲劳s-n曲线的剩余强度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种测定复合材料疲劳S‑N曲线的剩余强度控制方法，该方法有三大步骤：步骤一、成组法测定疲劳剩余强度性能数据；步骤二、建立复合材料疲劳剩余强度性能曲面模型；步骤三、获得复合材料疲劳性能S‑N曲线。本发明简单实用、精度高，克服了现有复合材料疲劳性能试验测定技术的不足，可为复合材料飞机结构寿命设计提供技术支持。

Description

一种测定复合材料疲劳S-N曲线的剩余强度控制方法

技术领域

本发明提供一种测定复合材料疲劳S-N曲线的剩余强度控制方法，属于复合材料结构疲劳可靠性技术领域。

背景技术

复合材料具有比强度和比刚度高、重量轻、易成型、抗疲劳性能和耐腐蚀性好等优点，已广泛应用于航空航天领域。而在实际飞行过程中，复合材料飞机结构经常需要承受疲劳载荷的循环作用，为保证复合材料飞机结构的安全性和可靠性，必须对复合材料飞机结构疲劳损伤与寿命进行评估。但是，复合材料由于受到制造和加工过程中多种因素的影响，性能与金属材料相比具有很大的分散性，将传统的金属疲劳性能S-N曲线试验测定方法应用于复合材料具有一定困难，高应力水平下复合材料也很可能出现10⁶循环次越出的情况，试验成本高，且经常无法获得有效疲劳寿命数据。因此，本发明提出一种测定复合材料疲劳S-N曲线的剩余强度控制方法，该方法简单实用、精度高，克服了现有复合材料疲劳性能试验测定技术的不足，可为复合材料飞机结构寿命设计提供技术支持，具有十分重要的工程应用价值和学术意义。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种测定复合材料疲劳S-N曲线的剩余强度控制方法，该方法简单实用、计算精度高，克服了现有复合材料疲劳性能试验测定技术的不足，可为复合材料飞机结构设计提供技术支持。

2、技术方案：本发明提供一种测定复合材料疲劳S-N曲线的剩余强度控制方法，该方法具体步骤如下：

步骤一、成组法测定疲劳剩余强度性能数据

采用成组法对复合材料进行疲劳试验，测定其疲劳剩余强度性能数据，记录最大疲劳应力s_i、疲劳加载循环次数n_i和剩余强度R_i，其中i为试样编号。

步骤二、建立复合材料疲劳剩余强度性能曲面模型

利用测定的复合材料疲劳剩余强度性能试验数据，拟合得到复合材料疲劳剩余强度性能曲面模型：

n＝C(s-S₀)^p[R₀-R(n)]^q (1)

式中，n为疲劳加载循环次数，s为最大疲劳应力，R(n)为剩余强度，S₀为拟合疲劳极限， R₀为初始剩余强度，C、p和q为材料常数。

将式(1)随机化并取对数，采用极大似然方法，得到待定常数C、p和q：

式中，

步骤三、获得复合材料疲劳性能S-N曲线

复合材料的剩余强度随着疲劳循环次数的增加而下降，当剩余强度下降至与疲劳应力相等时，试样发生失效破坏，因此，令式(1)中剩余强度与疲劳应力相等R(n)＝s＝S，相应的疲劳加载循环次数n即为疲劳寿命N，得到复合材料疲劳性能S-N曲线模型：

N＝C(S-S₀)^p(R₀-S)^q (6)

附图表说明

图1为本发明所述方法的流程框图。

具体实施方式

图1为本发明所述方法的流程框图，本发明分三大步骤实现，具体为：

步骤一、成组法测定疲劳剩余强度性能数据

采用成组法对复合材料进行疲劳试验，测定其疲劳剩余强度性能数据，记录最大疲劳应力s_i、疲劳加载循环次数n_i和剩余强度R_i，其中i为试样编号。

步骤二、建立复合材料疲劳剩余强度性能曲面模型

利用测定的复合材料疲劳剩余强度性能试验数据，拟合得到复合材料疲劳剩余强度性能曲面模型：

n＝C(s-S₀)^p[R₀-R(n)]^q (7)

式中，n为疲劳加载循环次数，s为最大疲劳应力，R(n)为剩余强度，S₀为拟合疲劳极限， R₀为初始剩余强度，C、p和q为材料常数。

将式(1)随机化并取对数，采用极大似然方法，得到待定常数C、p和q：

式中，

步骤三、获得复合材料疲劳性能S-N曲线

复合材料的剩余强度随着疲劳循环次数的增加而下降，当剩余强度下降至与疲劳应力相等时，试样发生失效破坏，因此，令式(7)中剩余强度与疲劳应力相等R(n)＝s＝S，相应的疲劳加载循环次数n即为疲劳寿命N，得到复合材料疲劳性能S-N曲线模型：

N＝C(S-S₀)^p(R₀-S)^q (12) 。

Claims (1)

1.一种测定复合材料疲劳S-N曲线的剩余强度控制方法，该方法具体步骤如下：

步骤一、成组法测定疲劳剩余强度性能数据

采用成组法对复合材料进行疲劳试验，测定其疲劳剩余强度性能数据，记录最大疲劳应力s_i、疲劳加载循环次数n_i和剩余强度R_i，其中i为试样编号；

步骤二、建立复合材料疲劳剩余强度性能曲面模型

利用测定的复合材料疲劳剩余强度性能试验数据，拟合得到复合材料疲劳剩余强度性能曲面模型：

n＝C(s-S₀)^p[R₀-R(n)]^q (1)

式中，n为疲劳加载循环次数，s为最大疲劳应力，R(n)为剩余强度，S₀为拟合疲劳极限，R₀为初始剩余强度，C、p和q为材料常数；

将式(1)随机化并取对数，采用极大似然方法，得到待定常数C、p和q：

式中，

步骤三、获得复合材料疲劳性能S-N曲线

复合材料的剩余强度随着疲劳循环次数的增加而下降，当剩余强度下降至与疲劳应力相等时，试样发生失效破坏，因此，令式(1)中剩余强度与疲劳应力相等R(n)＝s＝S，相应的疲劳加载循环次数n即为疲劳寿命N，得到复合材料疲劳性能S-N曲线模型：

N＝C(S-S₀)^p(R₀-S)^q (6) 。