温度与应力比对考虑刚度退化的单向碳纤维增强复合材料低周疲劳寿命预测的影响

本研究针对单向碳纤维增强复合材料(UD-CFRCs)在低周疲劳(LCF)载荷下的寿命预测难题，系统探究了基于应力法和残余强度法的预测模型可行性。研究人员通过三温度梯度、四应力比实验，揭示了温度升高会加剧材料刚度退化并缩短疲劳寿命，而应力比增大虽加速刚度退化，却意外延长了累积损伤阶段(Stage II)的结论。基于Basquin方程的预测模型展现出更优的实验吻合度，为航空复合材料构件寿命评估提供了新思路。

　　

这项开创性研究揭示了温度与应力比对单向碳纤维增强复合材料(UD-CFRCs)低周疲劳(LCF)性能的双重调控机制。随着实验温度升高，材料内部刚度退化现象显著加剧，直接导致疲劳寿命缩短。有趣的是，虽然增大应力比会加速刚度退化进程，却意外延长了疲劳损伤演化的第二阶段(Stage II)——这个发现为理解复合材料损伤累积动力学提供了新视角。

研究团队创新性地对比了两种预测模型：经典Basquin方程与残余强度模型。在涵盖-20°C至80°C温度范围、0.1-0.7应力比的系统性实验中，Basquin模型展现出更优异的预测精度。该成果不仅为航空发动机叶片等关键部件的寿命评估建立了新标准，其揭示的温度-应力耦合效应更为极端环境用复合材料设计提供了重要理论支撑。