基于逐层失效模式的复合材料层合板随机振动疲劳寿命预测

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20241128.005

复合材料科学与工程 ›› 2024, Vol. 0 ›› Issue (11): 43-49.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20241128.005

基于逐层失效模式的复合材料层合板随机振动疲劳寿命预测

沙梓祥, 蹇越傲, 蔡登安, 周光明^*

南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室,南京 210016

收稿日期:2023-09-04 出版日期:2024-11-28 发布日期:2025-01-14
通讯作者: 周光明(1966─),男,博士,教授,博士生导师,主要研究方向为先进复合材料结构设计及工程问题的计算机建模,zhougm@nuaa.edu.cn。
作者简介:沙梓祥(1999─),男,硕士研究生,主要研究方向为工程问题的力学建模与仿真。

Random vibration fatigue life prediction of composite laminates based on successive ply failure mode

SHA Zixiang, JIAN Yueao, CAI Dengan, ZHOU Guangming^*

State Key Laboratory of Mechanics and Control for Aerospace Structures, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China

Received:2023-09-04 Online:2024-11-28 Published:2025-01-14

摘要/Abstract

摘要： 本研究采用试验与仿真相结合的方法,对复合材料层合板的随机振动疲劳寿命进行了深入研究。通过振动台进行复合材料层合板的振动疲劳试验,并利用激光测振仪实时监测和跟踪层合板固有频率,从而获取其随机振动疲劳寿命。同时,建立了有限元数值分析模型,在随机激励下计算了结构的随机振动等效应力功率谱密度函数。结合Dirlik概率密度函数,获得了单层层合板失效时的疲劳寿命。然后将层合板的失效过程模拟为刚度逐层退化,应力不断重新分布,损伤不断累积,直至最终整体失效的过程。研究结果显示,有限元计算得到的寿命结果与振动疲劳试验结果的误差在工程允许范围内。由此可知,本文提供了一种可行的方法,为进一步振动疲劳寿命试验研究提供了参考。

关键词: 随机振动, 疲劳寿命, 复合材料, 层合板, 有限元分析

Abstract: The random vibration fatigue life of composite laminates was studied by combining experimental and simulation methods. Vibration fatigue tests were conducted on composite laminates using a vibration table, and the natural frequency of the laminates was monitored and tracked in real-time using a laser vibration meter to obtain the random vibration fatigue life of the laminates. The finite element numerical analysis model is established. Under the random excitation, the equivalent stress power spectral density function of the random vibration of the structure is obtained. Combined with the Dirlik probability density function, the fatigue life of the laminated plate in the case of single-layer failure is obtained. The failure process of the laminated plate is simulated as the process of stiffness degradation layer by layer, continuous redistribution of stress, continuous accumulation of damage, and final overall failure. The result indicates that the error between the finite element calculation life results and the vibration fatigue test results is within the allowable range of engineering. This article can provide a feasible method for further experimental research on vibration fatigue life.

Key words: random vibration, fatigue life, composite material, laminated plates, finite element analysis

中图分类号:

TB332

沙梓祥, 蹇越傲, 蔡登安, 周光明. 基于逐层失效模式的复合材料层合板随机振动疲劳寿命预测[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(11): 43-49.

SHA Zixiang, JIAN Yueao, CAI Dengan, ZHOU Guangming. Random vibration fatigue life prediction of composite laminates based on successive ply failure mode[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2024, 0(11): 43-49.

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