[发明专利]复合材料的疲劳寿命预测方法及预测系统

说明书

本发明提供了复合材料的疲劳寿命预测方法和系统，包括：对复合材料进行拉伸性能试验以获得拉伸应力‑应变曲线；将拉伸应力‑应变曲线进行数据处理，并将拉伸应力‑应变曲线映射成：第一疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余强度计算第一疲劳寿命值；以及第二疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余刚度计算第二疲劳寿命值；将待测复合材料的性能参数分别代入第一疲劳寿命计算公式和第二疲劳寿命计算公式，以获得第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值；将第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值进行比较，并将二者中较小的数值输出。本发明能够对复合材料的疲劳寿命进行预测。

技术领域

本发明涉及一种复合材料的疲劳寿命预测方法及预测系统。

背景技术

纤维复合材料具有优异的力学性能(比强度和比模量高、耐疲劳性能好、阻尼减振性能好)，而且还可以根据使用条件的要求进行设计和制造，以满足各种特殊用途，从而极大地提高工程结构的效能，已成为一种当代新型的工程材料，在航空航天、汽车工业、船舶工业、能源产业等得到了广泛的应用。

复合材料是由纤维相、基体相以及界面相所组成的各向异性材料，大量试验结果研究表明:复合材料受疲劳循环载荷作用时，在其整个寿命期间内不产生如金属材料那样控制整个结构疲劳性能的一条主裂纹，而是产生基体开裂，界面脱胶，分层和纤维断裂四种基本破坏形式，以及由它们相互作用而形成的诸多综合破坏形式。因此，是否能够准确预测碳纤维复合材料结构的疲劳寿命是影响当前其广泛应用的重要前提。

目前科学界和工业界对复合材料界面相的研究主要包括两个途径。一是通过建立唯象实验手段，如纳米压痕、单丝拉伸等来测量界面相的结构特征和力学参数；另一种则是通过细观力学的方法对界面相进行数值建模。

发明内容

针对相关技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够对复合材料的疲劳寿命进行预测的预测方法及预测系统。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种复合材料的疲劳寿命预测方法，包括：

步骤一：对复合材料进行拉伸性能试验以获得拉伸应力-应变曲线；

步骤二：将拉伸应力-应变曲线进行数据处理，使得拉伸应力-应变曲线映射成：

第一疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余强度计算第一疲劳寿命值；以及

第二疲劳寿命计算公式以基于复合材料的剩余刚度计算第二疲劳寿命值；

步骤三：将待测复合材料的性能参数分别代入第一疲劳寿命计算公式和第二疲劳寿命计算公式，以获得第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值；以及

步骤四：将第一疲劳寿命数值和第二疲劳寿命数值进行比较，并将二者中较小的数值输出。

根据本发明的一个实施例，步骤二中进一步包括：

计算第一疲劳寿命值的第一疲劳寿命计算公式(1)为：

Nf₁＝((1-(0.25)^b)σ^b)/(kA(s)) (1)；以及

计算第二疲劳寿命值的第二疲劳寿命计算公式(2)为：

Nf₂＝((1-(0.25)^(a+1)))/((a+1)cσ^b) (2)，

其中，a、b、c分别代表常数，σ代表拉伸强度，kA(s)代表恒定载荷。

根据本发明的一个实施例，步骤一进一步包括：

在高低温实验箱中利用材料试验机进行复合材料拉伸性能试验，以获得拉伸应力-应变值并对拉伸应力-应变值进行拟合处理以获得拉伸应力-应变曲线。

根据本发明的一个实施例，步骤一中进一步包括：