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专利号: 2022115719712
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:

1.一种考虑疲劳缺口系数的针刺复合材料疲劳寿命预测方法,其特征在于,该疲劳寿命预测方法的实现步骤如下,步骤(1):材料应力集中系数的计算;应力集中系数的数学表达式为:式中,Kt为应力集中系数, 为无限板的宽度系数,d为缺口件的缺口尺寸,w为材料的宽度,M为缺口与复合材料的关系;

若缺口为0, 该项为0,此时

式中E1为平行于长纤维层方向的弹性模量,E2为垂直于长纤维层方向的弹性模量,G12为垂直于长纤维层平面内的剪切模量,v12为长纤维层平面内的泊松比;

步骤(2):考虑应力水平对于材料的影响;在较高应力水平下,材料的疲劳寿命由层间损伤和缺口效应为主,在较低应力水平下,缺口对于寿命的影响趋近于缺口敏感材料,具体表达式为:式中,α为应力水平对于材料的影响,σnominal为缺口件的名义应力,σt为缺口件的静拉伸强度;

步骤(3):建立应力集中系数与疲劳缺口系数的关系;具体表达式为:式中,Kf为疲劳缺口系数;α和β为拟合得到的参数,σnominal与σsmooth分别为包含缺口结构与光滑试件具有相同的疲劳寿命时,包含缺口复合材料结构的名义应力与光滑试件标距段应力;

步骤(4):引入应力水平建立应力集中系数与疲劳缺口系数的影响;具体表达式为:步骤(5):借助光滑试件S‑N曲线(应力‑寿命曲线)计算缺口疲劳寿命;光滑件的S‑N曲线为:m

σsmooth=cN

式中,σsmooth为光滑试件标距段所受应力;N为疲劳寿命;c和m均为通过拟合获得的材料常数;将考虑应力水平的疲劳缺口系数代入光滑件S‑N曲线中,得到了包含缺口结构的针刺复合材料疲劳寿命预测表达式,为:步骤(6):进行方程的简化;当缺口件所加载荷等于静拉伸载荷时,此时N为1,有σnominal=σt,上式变为化简得到

包含缺口结构的针刺复合材料疲劳寿命预测表达式为

该针刺复合材料疲劳寿命预测表达式为最终的陶瓷基复合材料缺口件疲劳寿命预测方程。

2.根据权利要求1所述的一种考虑疲劳缺口系数的针刺复合材料疲劳寿命预测方法,其特征在于:所述步骤(2)中应力水平对于材料的影响证实,层间损伤与缺口效应分别主导材料的低应力水平与高应力水平,且与材料本身的尺寸和外加的应力载荷有关;

3.根据权利要求1所述的一种考虑疲劳缺口系数的针刺复合材料疲劳寿命预测方法,6

其特征在于:所述步骤(3)中应力集中系数与疲劳缺口系数的关系,采用当疲劳寿命为10下的疲劳缺口系数进行拟合得到,且满足当光滑件时,满足疲劳缺口系数为1;

4.根据权利要求1所述的一种考虑疲劳缺口系数的针刺复合材料疲劳寿命预测方法,其特征在于:所述步骤(5)和所述步骤(6)所求得的疲劳寿命预测方程在通过得到材料的应力集中系数、光滑件S‑N曲线,以及至少两种尺寸缺口结构疲劳缺口系数的条件下,获得含缺口的针刺复合材料结构恒幅疲劳寿命进行预测;