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三维四向编织复合材料疲劳性能分析
冯继强;王新峰;刘海;于健
【摘要】建立基于八边形纤维束截面假设的三维四向编织复合材料单胞模型.基于
单向复合材料疲劳剩余刚度和剩余强度模型,结合组分材料的疲劳失效判据和性能
突降方法,建立了三维四向编织复合材料疲劳寿命预测模型.利用ABAQUS有限元
软件UMAT开发了疲劳寿命预测与渐进损伤分析程序,研究了三维四向编织复合材
料在不同应力水平下的损伤扩展过程和疲劳寿命.研究表明,疲劳损伤是从纤维束之
间的接触面的单元开始发生损伤破坏,然后向纤维束表面以及纤维束内部开始扩散,
并且损伤扩展速率随着应力水平的提高而加快.本文研究为预测三维四向编织复合
材料的疲劳寿命提供了一种途径.%Theunitcellmodelofthree-dimensional
andfour-directionalbraidedcompositeswithanoctag-onalfibercross
sectionisestablished.Basedonthefatigueresidualstiffnessandstrength
modelofuni-directionalcomposites,thefatiguelifepredictionmodelof
three-dimensionalandfour-directionalbraidedcompositesiscreatedby
combiningthefatiguefailurecriteriaandperformancedampingmethodof
com-ponentmaterials.Thefatiguelifepredictionandprogressivedamage
analysisprogramisdevelopedbyusingABAQUSfiniteelementsoftware
UMATtosimulatethefatiguelifeanddamagepropagationprocessof
three-dimensionalandfour-directionalbraidedcompositesunderfatigue
loading.Theresultsshowthatfatiguedamagestartsfromtheelementsof
contactareabetweenthefiberbundles,andthenitspreadstothesurface
andinterioroffiberbundles.Moreover,thedamagepropagation
accelerateswiththeincreaseofstresslevel.Thisisanewwayforpredicting
thefatiguelifeofthree-dimensionalandfour-directionalbraided
composites.
【期刊名称】《南京航空航天大学学报》
【年(卷),期】2018(050)001
【总页数】8页(P45-52)
【关键词】编织复合材料;单胞;疲劳寿命;刚度退化;Hashin准则
【作者】冯继强;王新峰;刘海;于健
【作者单位】南京航空航天大学机械结构力学与控制国家重点实验室,南京,210016;
南京航空航天大学机械结构力学与控制国家重点实验室,南京,210016;中航工业成
都飞机工业(集团)有限责任公司,成都,610092;南京航空航天大学机械结构力学与控
制国家重点实验室,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】TB332
随着航空航天领域以及军工领域向轻质高强方向发展，纤维增强复合材料逐渐受到
重视并得到广泛应用。具有比刚度高、比强度高和整体性强[1-4]等优点的三维编
织复合材料，在结构重量有严格限制要求时，对结构重量的减轻有着重要作用。三
维编织复合材料沿长度、宽度和厚度3个方向形成不易分层的整体网状结构，具
备了优越的结构整体性。但由于其结构的复杂性，对三维编织复合材料的疲劳性能
研究还相对较少。
目前，国内外学者对于三维编织复合材料疲劳性能的研究取得比较大的进展。李嘉
禄等[5]通过对三维编织复合材料进行疲劳试验，得出
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