仿真快报：复杂疲劳加载下的复合材料疲劳寿命预测开拓新视角

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导读：纤维增强陶瓷基复合材料（FRCMCs）作为一种重要的工程材料，因其优异的机械和热性能、低密度、高比模量和高比强度，广泛应用于航空航天等领域。与传统的陶瓷材料相比，FRCMCs 具有显著的优点，如更高的耐热性和强度，使其在极端环境条件下表现出色。然而，这些材料在实际应用中仍面临一些挑战，如复杂的疲劳损伤行为，这可能导致局部疲劳失效甚至严重事故。因此，如何有效评估和预测FRCMCs的疲劳损伤成为了一个重要的研究课题。

近日，来自北京工业大学材料与制造学院尚德广以及沈阳飞机设计研究所（简称六O一所）的Lin-Feng Qu研究人员合作在针 刺 C/SiC 复合材料的疲劳损伤评估中取得了显著进展。该团队提出了一种新的疲劳损伤模型，该模型考虑了材料的单个模量，相较于传统基于 S-N 曲线的疲劳损伤模型，该模型能够更准确地表征针 刺 C/SiC 复合材料的疲劳损伤行为。通过结合雨流计数法、古德曼方程和 Palmgren-Miner 损伤累积准则，研究人员开发了一种考虑单个模量的变幅加载下的疲劳寿命预测方法。

该方法不仅能更好地反映材料的实际疲劳行为，而且与实验得到的疲劳寿命结果相比，预测效果良好，验证了该方法的有效性和实用性。这一研究为FRCMCs的疲劳损伤评估提供了新的理论依据和技术支持，有望在航空航天等高端应用领域中发挥重要作用。

一、科学亮点

1. 实验首次提出了一种基于个体模量的疲劳损伤模型，该模型针对单向针刺C/SiC复合材料在变幅载荷下的疲劳寿命预测进行了研究。通过结合雨流计数法、Goodman方程和Palmgren-Miner损伤累积准则，提出了一种新型的疲劳寿命预测方法。

2. 实验通过对比预测寿命与实际实验寿命，验证了模型的有效性。结果表明，所提出的疲劳损伤模型在表征单向针刺C/SiC复合材料的疲劳损伤行为方面表现出色，与实验寿命数据的吻合度良好。这种方法相比传统的基于S-N曲线的疲劳损伤模型，能够更准确地反映材料的疲劳损伤特征，具有较高的实际应用价值。

二、结论展望

本文提出了一种新型的疲劳损伤模型，针对针刺C/SiC复合材料在变幅加载下的疲劳寿命预测进行了深入研究。传统的S-N曲线模型虽然在一些应用中表现良好，但常常不能准确表征复合材料在复杂加载条件下的疲劳行为。本文通过结合雨流计数法、Goodman方程和Palmgren-Miner损伤累积准则，开发了一个考虑个体模量的疲劳寿命预测方法。这一方法能够更精准地反映单向针刺C/SiC复合材料在实际使用中的疲劳损伤特性。

这一研究不仅为复杂疲劳加载下的复合材料疲劳寿命预测提供了新的视角，而且通过与实验数据的比较验证了模型的有效性，显示出良好的预测准确度。该方法的提出有助于提升航空航天领域中复合材料的可靠性和安全性，特别是在极端工况下的应用。同时，这种模型的改进可以进一步推动复合材料疲劳分析方法的发展，为相关领域的研究提供新的理论依据和实践指导。

参考文献：https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2024.118447  

（完）

来源：仿真秀App