复合材料II型疲劳分层扩展预测:从G-N曲线到Paris’ law

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疲劳分层是复合材料最常见、最危险的失效模式之一。本文建立了II型加载条件下复合材料疲劳分层扩展的模拟方法。基于对疲劳分层扩展提出的新的物理解释:疲劳分层扩展为一系列连续发生的疲劳分层起始扩展,将疲劳损伤累积描述为层间界面断裂韧性衰减,构建了新的疲劳内聚力单元模型。针对II型加载条件下的材料层间开裂变形场的特殊性,提出了用以描述II型加载条件的层间界面疲劳损伤累积的衰减法则,确立了依据G-N曲线的材料本构参数标定方法。引入疲劳内聚力单元模型,预测了复合材料II型疲劳分层扩展行为,与疲劳分层扩展实验所得Pairs’ law能够很好地吻合。本文新提出的疲劳分层模拟方法相较于已有模型的优势在于:无需追踪裂纹扩展路径,降低了模型的应用难度,提高了计算效率;模型所需材料参数标定仅依赖于实验G-N曲线,无需实验Paris’ law,参数标定所需的疲劳实验数量及时间大幅减少。
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