1、疲勞失效是工程中常見(jiàn)的一種破壞形式。多數(shù)金屬材料的疲勞極限是拉伸強(qiáng)度的40％~50%,而碳纖維/環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合材料則可達(dá)90%，雖然復(fù)合材料的抗疲勞性能比金屬好，但是也避免不了疲勞問(wèn)題。在分析復(fù)合材料層合板疲勞分層問(wèn)題時(shí)也不能再用研究金屬材料疲勞裂紋擴(kuò)展的方法。在復(fù)合材料層合板使用過(guò)程中，層間分層和界面脫粘是其中兩種常見(jiàn)的和起決定性作用的失效形式。由于分層常常發(fā)生在低應(yīng)力水平下的周期載荷，因此機(jī)械疲勞是引起復(fù)合材料結(jié)構(gòu)分層損傷的最重要因素

2、。由于復(fù)合材料層合板往往具有非線性，經(jīng)典斷裂力學(xué)已經(jīng)無(wú)法滿足。同時(shí)復(fù)合材料由于其鋪層方式的多樣性，層合板厚度的影響，因此若是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法來(lái)研究復(fù)合材料層合板疲勞分層擴(kuò)展將會(huì)是一個(gè)耗時(shí)費(fèi)力的事情。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，因此尋求有效的數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)復(fù)合材料層合板疲勞分層進(jìn)行分析具有極大的工程意義。
　　本文將斷裂力學(xué)和損傷力學(xué)相結(jié)合，利用數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)復(fù)合材料層合板疲勞分層進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)復(fù)合材料層合板疲勞壽命進(jìn)行預(yù)報(bào)。首先介紹了單

3、調(diào)載荷下和疲勞周期載荷下離散內(nèi)聚力模型本構(gòu)關(guān)系。在單調(diào)載荷下，視內(nèi)聚力模型關(guān)系為雙線性關(guān)系。通過(guò)彈簧單元，建立了單調(diào)載荷下的靜態(tài)損傷演化形式。同時(shí)針對(duì)高周疲勞下，建立了指數(shù)形式的疲勞累積損傷演化模型。分析了在商業(yè)有限元軟件ABABQUS中的數(shù)值運(yùn)用，利用子程序進(jìn)行實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料層合板的疲勞累積損傷模型，為后面分析復(fù)合材料層合板疲勞擴(kuò)展奠定理論基礎(chǔ)。其次針對(duì)單調(diào)載荷下利用離散內(nèi)聚力模型，分析了復(fù)合材料層合板I、II和復(fù)合型斷裂分層擴(kuò)展情況。

4、得到三種形式下的復(fù)合材料層合板分層演化過(guò)程，并和VCCT技術(shù)進(jìn)行比較，驗(yàn)證了離散內(nèi)聚力模型的有效性。同時(shí)就內(nèi)聚力模型參數(shù)彈簧單元模量和網(wǎng)格大小對(duì)離散內(nèi)聚力模型運(yùn)用影響進(jìn)行分析，得到離散內(nèi)聚力模型對(duì)這兩個(gè)參數(shù)的敏感性很小的結(jié)論。然后分析在高周疲勞載荷下復(fù)合材料層合板疲勞分層擴(kuò)展情況。利用疲勞離散內(nèi)聚力模型對(duì)I型、II型和復(fù)合型裂紋擴(kuò)展情況。得到三種形式下載荷加載初期時(shí)裂紋擴(kuò)展速率。同時(shí)分析在四種載荷大小工況下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率和能量釋放率