复合材料II型疲劳分层扩展预测：从应变能释放率-寿命(<i>G</i>-<i>N</i>)曲线到Paris' law

来源：复合材料学报杂志2023年第9期北京时间：

作者：祝曼, 王阳, 刘强, 易敏,

摘要：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，确立了依据应变能释放率-寿命(<i>G</i>-<i>N</i>)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<i>G</i>-<i>N</i>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。

关键词：疲劳, 分层, 内聚力单元模型, 纤维增强树脂基复合材料, 有限元模拟,