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基于疲劳损伤两段论的复合材料层合板刚度降模型
    
   
摘要：复合材料在静态和动态载荷作用下的损伤是十分复杂的，对损伤的精确建模是关系到复合材料力学行为描述的关键问题。精确的模型能更深刻地认识复合材料的损伤机理。本文从实际工程背景出发，利用疲劳累积损伤模型，结合疲劳损伤两段理论，对复合材料层合板的寿命问题开展了较为系统深入的研究。主要内容包括：
（1）在刚度降模型的基础上，根据疲劳损伤的两阶段理论，将复合材料的疲劳损伤划分为两个阶段。并且用两种不同的函数分段描述疲劳损伤的过程，建立了疲劳损伤演化两阶段模型。通过查阅相应的试验数据，运用多元函数的最小二乘法，得到了模型中的各个拟合参数。最后以75%的强度极限应力水平为例，对模型进行了验证。
（2）在无孔层合板疲劳累积损伤模型的基础上，运用“点应力准则”概念，提出了带圆孔复合材料层合板的疲劳累积损伤模型，定义了应力修正因子。通过查阅相关的试验数据，获得了特征点应力修正因子，并建立了该带孔板疲劳累积损伤模型。用该模型对孔径为5mm层合板的S-N曲线进行了疲劳寿命预测与验证。

关键词：复合材料  刚度降  疲劳损伤  寿命预测  S-N曲线

Stiffness reduction analysis for composite laminates with circular hole
Li Wei
Abstract：No matter laminated composite is subjected to static or dynamic load, damage is significantly complex. Accurate modeling for fatigue damage is the key of mechanical characterization of laminated composite. In this paper, starting from a practical engineering background, using the fatigue accumulation damage theory, together with the two-stage theory for fatigue damage, a in-depth study for the fatigue life ofcomposite laminates are carried on. The research work in this paper is included following:
1、 On the basis of the stiffness reduction model, According to the two-stage fatigue damage theory, a damage process is divided into two stage。In order to express the fatigue damage accurately, the two-stage model for fatigue accumulation damage is presented. Through accessing to the corresponding test data, using of the least squares method for multi-function, the parameters in the model are finally got. In the end, the fatigue tests of the composite materials under 75% ultimate strength are investigated experimentally.
2、 Based on the stiffness reduction model of imperforate composite laminates, using the concept of “characteristic dimension” stress, a fatigue model is presented for the fatigue of notched laminates, and the concept of the correct factor  is also defined. The fatigue test of notched laminates with different diameters is refered to abtain the correct factor  and the model of notched laminates. The S-N curve of laminates with a 5mm hole is presented.
Key words: composites; stiffness reduction; fatigue damage; life  prediction; S-N curve

目  录
第1章  概 述 1
1.1 引 言 1
1.2 复合材料疲劳特性研究方法 4
1.3 累积损伤理论回顾 5
1.3.1  剩余寿命模型 6
1.3.2  剩余强度模型 6
1.3.3  剩余刚度模型 7
1.3.4  耗散能模型 8
1.3.5  Markov链损伤扩展模型 8
1.3.6  其他模型 8
1.4 本文研究方法 9
第2章  复合材料层合板疲劳寿命分析模型的建立 12
2.1  刚度降模型简介 12
2.1.1  理论模型 12
2.1.2  半经验模型 14
2.1.3  经验模型 16
2.2  基于分段损伤论的刚度降模型的建立 19
2.3  带孔层合板的疲劳累积损伤模型 22
2.4 本章小结 24
第3章 完整层合板刚度降模型的求解 25
3.1 试验概况 25
3.2 静强度试验结果 26
3.3 疲劳寿命试验结果及分析 26
3.4 疲劳损伤模型的求解 29
3.4.1  第一阶段刚度降模型的求解 30
3.4.2  第二阶段刚度降模型的求解 31
3.5 单级载荷下复合材料层合板S-N曲线预测 33
3.6  预测已知最大加载应力试件使用寿命的算例 35
3.6.1  关于经验刚度断裂准则的拟合 35
3.6.2 75%应力水平下的寿命预测算例 36
3.7  本章小结 36
第4章  带孔层合板疲劳及损伤模型研究 38
4.1  不同孔径带孔层合板的静态参数 38
4.1.1  试件的几何尺寸 38
4.1.2  带孔板件的静拉伸试验与静强度参数 39
4.1.3  带孔层合板特征尺寸 的确定 39
4.2  不同孔径带孔层合板的疲劳行为 40
4.3  带孔板疲劳累积损伤寿命模型 42
4.4  带孔板的S—N曲线预测 44
4.5  本章小结 46
第5章  总结与展望 47
5.1  全文总结 47
5.2  展望 48
后  记 50
参考文献 51
附录 55
附录A：程序清单 55
附录B：外文资料翻译 58
英文资料原文部分 58
英文资料翻译部分 68