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专利号: 2022115718781
申请人: 北京工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑厚度影响的复合材料高温疲劳寿命预测方法,其步骤如下:步骤(1):为了表征厚度方向上不同取向纤维层的百分比对复合材料层压板强度的影响,考虑试样中不同取向纤维层厚度,其定义如下:;

其中n是具有相同取向的纤维层的数量,θ是纤维取向角,分别为0°、45°和90°; 是第一层θ方向上纤维层的厚度, 是第二层θ方向上纤维层的厚度,以此类推,  是第n层θ方向上纤维层的厚度, 表示具有相同取向角的纤维层的总厚度;

步骤(2):实际上相同纤维层的多向层合板的强度不完全一样,为了考虑具有不同取向的纤维层厚度对强度的贡献,强度贡献系数ξ如下所示:;

;

式中, Fi和Fe分别是理想试样和实验试样的全取向纤维叠层的贡献强度;σ0c、σ45c、σ90c是对应于纤维取向角0°,45°,90°的纤维层静态压缩强度,L0、L45、L90 分别是0°,45°,90°层的总厚度;

步骤(3):考虑纤维层厚度影响的静态强度和疲劳载荷水平确定为:;

;

式中,Sξ和σξ分别为考虑纤维层厚度影响的实际静强度和疲劳强度,Sƒ和σ分别为试验期间的试验静强度和疲劳强度;

步骤(4):考虑到纤维层厚度的影响并通过步骤(3)等式计算实际极限抗拉强度和抗压强度;此外,高温环境仅影响树脂基体的性能,考虑Tm基体性能的温度影响因素,以表征温度对抗压强度的影响,如下所示:;

;

其中Tu是多向层合板试样的最大压缩温度,T0是参考温度,T是实验温度;σct是多向层合板试样的残余抗压强度;σξc为多向层合板试样的实际极限抗压强度;λ是与基质材料相关的常数;随着温度的升高,残余压缩σct的退化是逐渐的,直到温度T接近Tu,然后退化加速;最终,多向层合板试样无法承受压缩载荷,σct接近零;

步骤(5):在描述考虑纤维层厚度影响的实际应力寿命S‑N曲线时,使用不同温度下的幂律回归方程:;

式中, 为最大实际疲劳载荷,Nƒ为失效循环次数, 和m分别为疲劳强度系数和疲劳强度指数;

步骤(6): 和压缩强度σξc具有相同趋势,压缩主导疲劳损伤的寿命预测模型,以准确描述不同温度下的疲劳行为,考虑压缩强度和Sξ‑N曲线随温度的斜率趋势;

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;

式中, 是多向层合板试样的残余疲劳强度系数, 是施加的疲劳载荷,γ是材料相关参数。

2.根据权利要求1所述的一种考虑厚度影响的复合材料高温疲劳寿命预测方法,其特征在于:步骤(3)中,如果ξ>1,则表明多向层合板试样的承载力被高估,疲劳试验期间试样上的实际载荷大于施加载荷,Sξ>Sƒ,如果ξ<1,则表示多向层合板试样承载力被低估,疲劳试验过程中试样上的真实载荷小于施加载荷,且Sξ