復合材料因其出色的力學性能和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域而受到廣泛關(guān)注。然而，復合材料在多軸應(yīng)力狀態(tài)下的疲勞壽命預測一直是一個具有挑戰(zhàn)性的問題，涉及多種失效模式和損傷機制的耦合。傳統(tǒng)的疲勞壽命預測模型往往難以準確捕捉復合材料在多軸應(yīng)力下的復雜失效行為。目前，已經(jīng)有一些研究致力于開發(fā)復合材料的多軸疲勞壽命預測模型。然而，這些模型往往基于復雜的理論和算法，難以實際應(yīng)用。此外，現(xiàn)有的模型往往忽略了自然復合材料失效特性對復合材料疲勞壽命的影響，導致預測結(jié)果不夠準確。因此，發(fā)展一種基于自然復合材料失效特性的復合材料多軸疲勞壽命預測模型具有重要意義。

      近日,TOP期刊《Composites Science and Technology》發(fā)表了南京航空航天大學在復合材料的多軸疲勞失效行為方面的研究，提出了一種基于自然復合材料失效特性的多軸疲勞壽命預測模型。論文標題為“Multiaxial failure behavior and fatigue life prediction of unidirectional composite laminates"。

      該研究通過對復合材料在多軸應(yīng)力下的失效行為進行深入研究，建立了一個能夠準確預測復合材料疲勞壽命的模型。研究團隊制備了單向?qū)雍习逶嚇?，搭建了相?yīng)的疲勞試驗裝置。試驗過程中，對試樣施加了不同的多軸應(yīng)力組合，包括拉伸-扭轉(zhuǎn)復合加載等，詳細記錄了試樣的疲勞壽命、失效模式以及損傷演化過程。為了更準確地預測復合材料的疲勞壽命，提出了一種基于天然復合材料失效經(jīng)驗的多軸疲勞壽命預測模型。該模型考慮了多軸應(yīng)力對基體剪切失效的復雜耦合效應(yīng)，并通過引入修正項對復合材料在縱向和橫向應(yīng)力作用下的基體剪切失效進行了描述。

     建立了相應(yīng)的數(shù)值分析模型來模擬復合材料的多軸疲勞失效過程，采用了有限元方法（FEM）進行模擬分析。模擬結(jié)果表明，縱向裂紋出現(xiàn)后，管狀試樣的軸向剛度幾乎沒有變化，而扭轉(zhuǎn)剛度顯著降低約50%。這說明縱向單裂紋分裂應(yīng)被包含在基本的多軸失效模式中，因為它與天然復合材料的扭轉(zhuǎn)剛度大幅降低相似。   

通過多組實驗驗證，研究發(fā)現(xiàn)該預測模型能夠較好地預測復合材料在多軸應(yīng)力作用下的疲勞壽命。預測結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)大多在三倍范圍內(nèi)，表明該模型具有一定的可靠性和準確性。此外，文章還比較了該方法與傳統(tǒng)基于應(yīng)力的疲勞準則的預測精度，發(fā)現(xiàn)該方法在預測偏軸層合板和單向管狀試樣的壽命時具有更高的準確性。

該研究通過對復合材料的多軸疲勞失效行為進行深入分析，提出了一種基于自然復合材料失效特性的多軸疲勞壽命預測模型。該模型考慮了復合材料在多軸應(yīng)力下的復雜失效行為，并量化了縱向應(yīng)力和剪切應(yīng)力對疲勞壽命的影響。通過對比實驗結(jié)果和預測結(jié)果，驗證了該模型的準確性和可靠性。該研究為復合材料的多軸疲勞壽命預測提供了新的思路和方法，對于推動復合材料在實際應(yīng)用中的更廣泛應(yīng)用具有重要意義。