CFRP超高周三点弯曲疲劳热效应特性实验与数值模拟

李冬春， 程 礼， 张小博， 丁均梁， 吴宇航

(空军工程大学航空工程学院， 西安， 710038)

碳纤维环氧树脂基复合材料(CFRP)由于其结构轻便、高强度、耐腐蚀、耐疲劳等优良特性，在航空航天领域得到了广泛的应用，被认为是可能取代金属材料的潜在材料之一[1-2]。

大多数由CFRP制造而成的结构部件在实际应用过程中会持续承受周期荷载的作用，材料疲劳成为一个重要的工程问题，自20世纪60年代以来，疲劳一直是世界复合材料研究的主要热点之一[3]。随着飞行器使用时间的增加，有些甚至可能长达30年[4]，飞行器结构部件在其服役年限之内承受的循环载荷周次远超传统的疲劳极限107，进入到超高周疲劳范畴[5]，因而研究CFRP材料的超高周疲劳特性对于充分发挥材料特性，保证飞行器结构的应用安全具有重要意义。迄今为止，对于金属材料，各国研究学者已经取得了大量的实验与理论结果。由于复合材料各向异性，非均质性以及强后承载特性，将金属材料疲劳理论直接用于复合材料结构设计通常会导致过于保守。在近些年的发展过程中，CFRP超高周疲劳问题已经慢慢成为研究的热点，受到各国学者越来越多的重视。

Michel等人采用不同试验频率研究了碳纤维复合材料超高周疲劳特性，发现复合材料试件在超高周条件下仍会发生疲劳破坏[6]。Holmes等人研究了不同工作频率下C/SiC材料的温升特性，指出这是由于疲劳实验中纤维、基体之间的相互摩擦，同时随着频率的增加，实验温度也随之上升[7]。……