吸湿后碳纤维复合材料正交层板拉伸疲劳性能

张祥林，孟庆春，许名瑞，曾本银，程小全，孙 炜

(1 北京航空航天大学 航空科学与工程学院，北京 100083；2 中航工业中国直升机设计研究所，江西 景德镇 333001;3 中国航发北京航空材料研究院，北京 100095)

复合材料具有高比强度、比刚度和性能可设计等特点，是飞机、直升机、火箭、导弹等飞行器结构的理想材料，也是当今新材料研究和发展的重点[1]。在A400M运输机上，碳纤维复合材料占机翼结构质量高达85%，开创了使用复合材料为主要材料制造大型运输机机翼的先例[2]。空客直升机公司在2015年国际直升机博览会上发布的H160，是世界上第一架全复合材料民用直升机[3]。飞机和直升机复合材料结构在服役期间不仅需要承受反复作用的疲劳载荷，而且可能遭遇湿热等恶劣环境情况[4]。调查结果显示，飞机结构失效大多数是由疲劳破坏引起的。

干态常温环境下复合材料疲劳性能已有很多学者进行了研究，但湿态环境下复合材料的疲劳性能研究较少[5-19]。Kawai等[6]研究了恒定应力幅不同应力比下平面纤维编织准各向同性复合材料层合板吸湿率对疲劳强度的影响，实验结果表明湿态层合板的疲劳寿命均低于干态，常温下湿态层合板的疲劳强度较干态降低11%。McBagonluri等[7]对比研究了乙烯基玻璃纤维复合材料在干态、淡水和盐水浸泡三种环境下的拉-拉疲劳性能，吸湿后的S-N曲线要低于干态下的S-N曲线，但三种环境下的S-N曲线斜率几乎相等。说明相同应力水平下，吸湿降低了复合材料的疲劳寿命但不改变寿命变化规律。……