碳纤维树脂基单向板疲劳寿命预测模型

俞耀，崔海涛，张宏建

(南京航空航天大学 a. 江苏省航空动力系统重点实验室; b. 机械结构力学及控制国家重点实验室; c. 能源与动力学院，江苏 南京 210016)

0 引言

随着碳纤维树脂基复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛，工程上对其力学性能的要求也越来越高。在复合材料的结构设计分析方面，疲劳失效是其主要的结构失效模式之一，因此疲劳性能问题成为航空发动机结构设计师关心的重点问题之一。

由于复合材料是多相体材料，在结构尺度方面，认为其拥有宏、细观双重特征。因此，对于复合材料的力学行为研究可以分为细观尺度、中尺度以及宏观尺度。随着对复合材料细观研究的深入，人们通过电镜等设备对单向复合材料的横截面观测发现：纤维单丝实际排布并非均匀的，往往存在着富树脂区和贫树脂区，使得复合材料内部产生力学性能的非均匀性。因此，考虑纤维分布的随机性以获得与实际分布相近的几何特征模型是尤为必要的。WONGSTO A等[1]采用随机模型预测复合材料的横向弹性模量。结果表明，相比于实验值，随机模型的预测值比均匀分布模型的预测值误差显著减小。范寅等[2]将纤维随机分布的假设与三维剪滞模型结合，并利用蒙特卡罗方法对单向复合材料拉伸加载的过程进行了模拟。

目前国内外在细观尺度下对复合材料的力学行为研究大多集中在静力学方面，而针对复合材料疲劳力学行为研究却鲜有报道。……