复合材料疲劳与金属疲劳之间的区别

比较和对比金属疲劳与复合材料疲劳。

从某种角度来说，复合材料疲劳与金属疲劳相似：两者均从损坏萌生开始，紧接着损坏传播，最后以彻底失效结束。疲劳寿命 N f 或失效前循环次数，这两者均可看作损坏萌生 N i 期间的循环次数和损坏传播 N p 期间的循环次数之和。

它们的一个区别是每个阶段花费的相对时间。对于金属，疲劳过程的重要部分用于传播单个裂纹。因为通常许多缺陷（例如纹理边界和位错）都存在于材料中，所以损坏萌生通常被忽略，从而可能会复制新的缺陷。传播阶段较长，由于金属应变硬化。当裂纹尝试在金属中传播时，出现在裂纹尖端的塑性导致裂纹钝化和应变硬化。裂纹钝化、应变硬化和裂缝传播的过程可能会重复数以千计个周期。因此，对于金属，方程 (34) 可以简化为

通常使用经验法则（例如帕里斯定律）描述传播阶段每个周期内的裂纹生长量。

对于复合材料（例如单向碳环氧树脂层），应变硬化可以忽略不计。这将使疲劳寿命的传播阶段远远短于损坏萌生阶段。出现这种情况是因为一旦足够大小的缺陷成核，损坏就会非常迅速地扩展成彻底失效。因此，对于纤维增强聚合物 (FRP) 复合材料，方程 (34) 可以简化为

FRP 中的损坏萌生由微裂纹累积的动力学进程控制。当达到微裂纹的临界密度时，将形成宏观裂纹。此疲劳失效类型可以使用断裂动力学理论 (KTF) [29-34] 进行建模。对于 FRP 复合材料，聚合物基体中的应力与复合材料应力不同。要将 KTF 应用于聚合物，必须实现可根据复合材料级别应力确定基体应力的方法。因此，我们采用 Multicontinuum 理论 (MCT) 以按照早期描述的方法（MCT 分解）从复合材料应力中提取这些聚合物基体应力，然后使用 KTF 预测基体（和复合材料）疲劳寿命。