[发明专利]一种归一化CFRP多向层合板疲劳分层扩展速率预测方法

说明书

本发明公开了一种归一化CFRP多向层合板疲劳分层扩展速率预测方法，包括以下步骤：(1)对CFRP多向层合板进行I/II混合型静力和不同应力比下的疲劳分层试验；(2)利用柔度法确定随分层长度变化的疲劳分层扩展阻力G_cf(a)；(3)以能量释放率变化幅△G和疲劳分层扩展阻力G_cf(a)的比值作为归一化的疲劳分层扩展速率控制参数，基于Paris公式修正构建归一化疲劳分层扩展速率da/dN的表达式。利用已知应力比下疲劳分层试验数据线性拟合得到表达式中的拟合参数；(4)由上述已知应力比下疲劳分层扩展速率表达式预测未知应力比下疲劳分层扩展速率。本发明利用已知应力比下CFRP多向层合板归一化疲劳分层扩展速率的表达式预测未知应力比下的疲劳分层扩展速率，可显著缩短试验周期，降低试验成本。

技术领域

本发明涉及CFRP多向层合板疲劳分层扩展速率预测领域，具体涉及一种基于Pairs公式修正的归一化的疲劳分层扩展速率预测方法。

背景技术

碳纤维增强复合材料因其良好的力学性能被逐渐应用于飞机主承力结构中。分层是复合材料层板最常见的损伤形式之一，并且分层损伤导致层板结构强度和刚度显著下降，甚至引发灾难性事故，严重制约了复合材料在飞机主结构中的应用。飞机结构部件不仅要满足静强度设计要求，还要满足给定可靠度下的使用寿命要求，这意味着结构必须能承受足够的疲劳加载循环而不发生失效，因此正确地评价和预测复合材料结构疲劳分层扩展行为对工程实践中飞机复合材料结构的损伤容限设计和分析具有重要的理论意义和工程指导价值。

疲劳分层扩展速率与相应的应变能释放率有关，目前文献中大都基于对Paris公式的修正将复合疲劳分层扩展速率表示为关于应变能释放率的函数，但现存研究的一大不足之处在于其采用的复合材料多向层合板疲劳分层扩展速率的表达式中与其材料相关的试验待定常数随应力比的变化而变化，由已知应力比R下复合材料层合板疲劳分层扩展速率的表达式并不能推测未知应力比R下的疲劳分层扩展速率，尚未提出可以移除应力比R影响的疲劳分层扩展速率的通用表达式，为了确定不同应力比R下的疲劳分层扩展速率需分别开展不同应力比R下的疲劳分层扩展试验，试验周期长成本高。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：克服现有技术的不足，提供一种归一化CFRP多向层合板疲劳分层扩展速率预测方法，提出的基于Paris公式修正的归一化疲劳分层扩展速率表达式能够移除应力比R的影响，利用已知应力比R下复合材料层合板归一化疲劳分层扩展速率的表达式可预测未知应力比R下的疲劳分层扩展速率，因此可以显著缩短试验周期，降低试验成本。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种归一化CFRP多向层合板疲劳分层扩展速率预测方法，包括以下步骤：

步骤1，根据ASTM标准D6671M-06对CFRP多向层合板进行I/II混合型静力和不同应力比R下的疲劳分层扩展试验，获得分层扩展的试验数据；

步骤2，利用柔度法确定随分层长度a变化的疲劳分层扩展阻力G_cf(a)；

步骤3，以能量释放率变化幅△G和疲劳分层扩展阻力G_cf(a)的比值作为归一化的疲劳分层扩展速率控制参数，基于Paris公式修正构建CFRP多向层合板归一化疲劳分层扩展速率da/dN的表达式；利用CFRP多向层合板在已知应力比R下疲劳分层扩展的试验数据进行线性拟合得到上述归一化疲劳分层扩展速率表达式中的拟合参数，从而确定了已知应力比R下归一化疲劳分层扩展速率的表达式；

步骤4，由上述CFRP多向层合板在已知应力比R下归一化疲劳分层扩展速率的表达式预测未知应力比R下的疲劳分层扩展速率。

进一步的，所述CFRP多向层合板是的铺层顺序为(+45/-45/0₆)_S//(-45/+45/0₆)_S，该种铺层顺序的设计是为了减小弯-扭耦合效应和由于铺层不对称引起的互反弯曲效应。