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复合材料层合板疲劳载荷下固有频率衰减预测模型

2021-02-03张善之温卫东张宏建

机械制造与自动化 2021年1期
关键词:模态复合材料模型

张善之,温卫东,张宏建

(南京航空航天大学 航空发动机热环境与热结构工业和信息化部重点实验室,江苏 南京 210016)

0 引言

复合材料与传统的金属材料相比,因其质量轻、比强度高、比刚度大及可设计性强等优势,已被军事及民用等行业广泛采用[1]。随着应用范围的扩大,复合材料构件的疲劳问题日益受到重视,如何监测复合材料剩余疲劳寿命变得尤为重要。

目前国内外对树脂基复合材料的剩余寿命模型进行了很多研究。徐颖[2]基于等效损伤原理,将无损单层板理论引入层合结构的材料性能渐降模型中,建立了包含基体开裂、基纤剪切、分层、纤维断裂等复合材料层合板主要失效模式的疲劳寿命预测方法。王丹勇[3]基于Hashin失效准则,提出了以纤维断裂损伤形式控制复合材料结构的最终失效准则,且考虑了4种损伤基本类型相互关联作用的材料性能突降。上述研究均能有效预测层合板的剩余疲劳寿命,但在实际工程问题中,在不损伤材料结构的情况下,测量材料当前所处的寿命是比较困难的。

目前发展较为成熟的损伤检测技术是基于加速度测量的振动分析理论,且可以分为以下3类:固有频率法、振型法、其他模态参数法。早在1978年,ADAMS R D等[4]就提出可通过对结构两个不同时段的固有频率进行对比,从而检测损伤。但目前基于模态分析的疲劳剩余寿命预测研究却鲜有报道。本文基于对称层合板模型与Hashin失效准则,应用逐渐损伤模型,编写APDL参数化程序,针对T300/970复合材料层合板拉-拉疲劳载荷下的寿命循环比与固有频率的关系展开有限元数值模拟,验证了二者之间存在一定的数值关系。……

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