?

基于模態(tài)測(cè)試的玻璃纖維增強(qiáng)聚酯復(fù)合材料疲勞壽命預(yù)測(cè)

金屬材料的疲勞失效一般被分為3個(gè)階段：裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展到一個(gè)臨界大小、疲勞裂紋拓展。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，90％的材料失效都是由疲勞引起的。在金屬材料中，疲勞損傷與循環(huán)塑性變形是緊密相關(guān)的，因環(huán)境材料和平面應(yīng)力狀態(tài)的影響，金屬材料疲勞損傷通常發(fā)生在金屬表面，而疲勞損傷擴(kuò)展則是由單一裂紋引起的。復(fù)合材料的疲勞和金屬材料的疲勞有很大差別。復(fù)合材料的疲勞評(píng)估無法基于單個(gè)裂紋疲勞損傷進(jìn)行，且復(fù)合材料的耐疲勞損傷取決于許多其它損傷機(jī)制，如纖維斷裂、基質(zhì)開裂、脫層和剝離等。這些損壞機(jī)制的組合可以對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能如強(qiáng)度和剛度產(chǎn)生不利影響。因此，復(fù)合材料累積損傷的研究主要關(guān)注殘余強(qiáng)度和疲勞過程中的剛度下降。

通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析對(duì)復(fù)合材料的疲勞特性進(jìn)行定性和定量研究。本試驗(yàn)所采用的復(fù)合材料是玻璃纖維增強(qiáng)聚酯材料（FRP），將玻璃纖維增強(qiáng)聚酯材料作為一個(gè)懸臂梁，通過在不同方向上施加激勵(lì)，以獲得玻璃纖維增強(qiáng)的聚酯材料模態(tài)參數(shù)（固有頻率、阻尼比和模式形狀），同時(shí)對(duì)其進(jìn)行平面彎曲疲勞試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，模態(tài)參數(shù)的變化可以預(yù)測(cè)復(fù)合材料的疲勞壽命，通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，在一定誤差范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)兩種曲線形式能表征材料的疲勞壽命趨勢(shì)，分別是指數(shù)形式和二次方程式。通過指數(shù)方程和二次方程分別獲得與疲勞壽命相關(guān)的阻尼比和諧振頻率，但是通過阻尼比推論出玻璃纖維增強(qiáng)聚酯材料的疲勞壽命是以指數(shù)形式變化的，而不是二次方程式，意味著疲勞損傷的程度取決于阻尼比，因此可以用阻尼比作為疲勞壽命預(yù)測(cè)的一個(gè)重要參數(shù)。

刊名：International Journal of Fatigue（英）

刊期：2014年第69期

作者：M. Abo-Elkhier et al

編譯：孫堅(jiān)