复合材料疲劳的现象学

对于聚合物-基体复合材料，疲劳失效主要是基体为主的事件。

疲劳损坏从聚合物中的微观裂纹累积开始。这些微观裂纹累积在疲劳寿命的早期阶段最为迅速，随着周期次数的增加，累积速率将减缓。最后，微观裂纹可能导致宏观裂纹，从而迅速导致严重的失效事件。因此，精确的疲劳寿命预测要求捕获每个周期累积的微观裂纹。

单向材料

单向复合材料的疲劳失效通常分为三类：离轴失效、轴上失效和脱层。当复合拉伸载荷距纤维轴数度以上时，会发生离轴失效 [22]。

1. 失效的特点是基体沿平行于纤维的方向开裂 [23-24] 或纤维和基体界面之间脱粘。

2. 当拉伸疲劳载荷应用于纤维方向时，会发生轴上失效。与离轴失效一样，微观裂纹首先出现在基体中，但任何可能形成的基体裂纹都难以在纤维中传播。相反，如果抑制纤维中的裂纹，将导致纤维中应力集中点的数量和大小增加 [25]。

3. 对于复合层，可能会出现脱层。同样，脱层是因累积的基体微观裂纹而产生的失效事件。因此，对累积基体微观裂纹的考虑足以预测因脱层而产生的疲劳失效。

   注意：如果在疲劳载荷开始前就已存在脱层，则应使用用于裂纹传播的内置 FEA 工具，而不是 Helius PFA 内的疲劳特性。

织物材料

织物复合材料层的失效机制可以分为不同的类别，已标识为 [26-28]：

1. 在初始载荷应用时牵引中的横向裂纹。当牵引内的基体成分失效并导致层刚度出现变化时，这被标识为“弯曲强度”。
2. 在低应用周期范围内，基体支座将开始出现微观裂纹，并且复合材料出现轻微软化。
3. 在较大的应用周期范围内，垂直于载荷方向的牵引将开始进一步出现宏观裂纹，从而导致层进一步软化。
4. 同时借助 (3)，填充牵引和扭曲牵引之间的脱层将导致牵引解耦，从而使模量进一步降低。
5. 将出现平行于载荷方向的牵引的最终疲劳失效，而且合成层的刚度将丢失。