基于模態(tài)測試的玻璃纖維增強聚酯復合材料疲勞壽命預測

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基于模態(tài)測試的玻璃纖維增強聚酯復合材料疲勞壽命預測

金屬材料的疲勞失效一般被分為3個階段：裂紋萌生、裂紋擴展到一個臨界大小、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的，因環(huán)境材料和平面應力狀態(tài)的影響，金屬材料疲勞損傷通常發(fā)生在金屬表面，而疲勞損傷擴展則是由單一裂紋引起的。復合材料的疲勞和金屬材料的疲勞有很大差別。復合材料的疲勞評估無法基于單個裂紋疲勞損傷進行，且復合材料的耐疲勞損傷取決于許多其它損傷機制，如纖維斷裂、基質(zhì)開裂、脫層和剝離等。這些損壞機制的組合可以對復合材料的力學性能如強度和剛度產(chǎn)生不利影響。因此，復合材料累積損傷的研究主要關注殘余強度和疲勞過程中的剛度下降。

通過試驗模態(tài)分析對復合材料的疲勞特性進行定性和定量研究。本試驗所采用的復合材料是玻璃纖維增強聚酯材料（FRP），將玻璃纖維增強聚酯材料作為一個懸臂梁，通過在不同方向上施加激勵，以獲得玻璃纖維增強的聚酯材料模態(tài)參數(shù)（固有頻率、阻尼比和模式形狀），同時對其進行平面彎曲疲勞試驗。試驗結(jié)果表明，模態(tài)參數(shù)的變化可以預測復合材料的疲勞壽命，通過對試驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合，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，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測的一個重要參數(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