[发明专利]一种测定复合材料剩余强度与剩余寿命的应变控制方法

说明书

技术领域

本发明提供一种测定复合材料剩余强度与剩余寿命的应变控制方法，属于试验测试技术领域。

背景技术

复合材料剩余强度与剩余寿命测定方法是其疲劳寿命评估的重要前提，由于复合材料疲劳损伤的复杂性，难以采用单一方式定义复合材料损伤，因此，人们先后提出了各种基于刚度降、裂纹密度、裂纹长度等概念的疲劳损伤模型；然而，这些模型难以通过试验方法方便地测定，为此，本发明提出一种测定复合材料剩余强度与剩余寿命的应变控制方法，该方法简单实用、操作方便、计算精度高，能充分而合理地表征复合材料疲劳损伤物理特性与唯象的试验数据规律，具有重要的学术意义和工程应用价值。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供了一种测定复合材料剩余强度与剩余寿命的应变控制方法，该方法具有简单实用、操作方便、计算精度高，并能合理表征其损伤规律等优点。

2、技术方案：本发明一种测定复合材料剩余强度与剩余寿命的应变控制方法，该方法具体步骤如下：

步骤一、应变控制剩余强度模型

疲劳损伤导致强度下降，随时间变化的复合材料有效模量降可表示为

dR(n)dn=-f(r,s,ω)Rb-1(n)---(1)]]>

式中，f(r,s,ω)为最大疲劳应力s、加载频率ω和应力比r的函数。在不考虑加载顺序效应及不改变应力水平的情况下，对上式积分，得到

n＝f(r,s,ω)[R₀-R(n)]^b            (2)

式中，R₀为拟合强度极限。对于给定的加载频率ω和应力比r，f(r,s,ω)＝f(s)，则式(2)为

n＝f(s)[R₀-R(n)]^b       (3)

式(3)即为剩余强度R-疲劳应力s-疲劳应力循环次数n的关系曲面。根据S-N曲线规律，S-N曲线常采用幂函数式表示：

N＝C(S-S₀)^m              (4)

式中，C和m为材料常数，S为疲劳强度，S₀为拟合疲劳极限。由式(4)可得

f(s)＝C(s-S₀)^m          (5)

将式(5)代入式(3)，可获得应力控制剩余强度的方程

n＝C(s-S₀)^m[R₀-R(n)]^b           (6)

静强度R₀和剩余强度R(n)可分别由下式求得：

R₀＝E₀ε_f         (7)

R(n)＝E(n)ε_f           (8)

式中，ε_f为断裂应变，E₀为初始模量，E(n)为剩余模量。

将式(7)和式(8)代入式(6)，得到

n＝C₀(s-S₀)^m[E₀-E(n)]^b        (9)