题目：湿热环境下碳纤维增强复合材料强度及寿命研究

先进碳纤维增强树脂基复合材料具有比质量小、比强度和比模量高、耐腐蚀、抗疲劳以及可设计性强等优点，广泛应用于航空、航天等领域。然而，与金属材料相比，复合材料对湿热环境敏感，为保障复合材料结构安全，在做结构设计时必须计及湿热环境对结构特性的影响。复合材料结构的湿热效应泛指由于材料吸湿和温度变化所引起的结构尺寸和性能的改变，造成与基体界面相关的结构力学性能下降，特别是分层引起结构压缩强度的非线性减小。目前，关于复合材料湿热影响的研究基本停留在试验研究的范畴，可供工程参考的理论和计算研究还很少，为了满足工程需要，有必要对湿热环境下复合材料结构强度及寿命预测问题开展更深入的研究。 论文针对一系列碳纤维增强复合材料湿热特性进行研究。在理论分析和试验研究的基础上，进一步提出了适用于估算湿热环境下复合材料结构强度及寿命的有限元方法。论文在以下几个方面开展了研究工作，并取得了具有一定工程应用价值的创新性研究成果： 1)建立了适用于估算湿热环境下复合材料结构强度的有限元方法。 通过对已有的复合材料结构失效分析方法——渐进损伤方法的研究，将环境影响因素嵌入到该方法中，实现了复合材料结构湿热环境下的强度预测。分析表明：渐进损伤方法能较好地完成复合材料结构的强度预测及失效分析，本文所改进的方法可用来评估湿热环境对复合材料结构静力性能的影响。 2)揭示了湿热环境对复合材料T300/QY8911、T700/5428孔板结构拉、压性能的影响规律。 设计并完成了复合材料T300/QY8911、T700/5428孔板结构在不同的湿热环境下的静力试验，试验研究表明：单纯的吸湿对复合材料结构性能影响不大；湿热共同作用下，复合材料结构的压缩性能随着温度的升高会有明显的下降，而拉伸性能基本保持不变。同时，对其湿热环境下的拉、压性能进行了数值模拟，得到了与试验基本一致的结果。 3)提出了剩余应变的概念及相应的疲劳损伤判据，并将其应用到渐进疲劳损伤分析方法中。 对已有的复合材料疲劳寿命预测模型进行了研究，确定了基本的刚度降模型，提出了剩余应变的概念及相应的疲劳损伤判据，并成功将其应用到渐进疲劳损伤方法中，以Abaqus为平台，编写UMAT子程序，实现了对复合材料结构的寿命预测及疲劳损伤扩展分析。 4)设计并完成了新材料T800/X850的基本疲劳性能试验，揭示平衡吸湿对其疲劳性能的影响规律，验证了本文改进的渐进疲劳损伤方法。 针对复合材料T800/X850，设计并完成了其基本疲劳性能试验，得到一些可供参考的试验数据，并进一步研究了平衡吸湿对其疲劳性能的影响；建立了该材料纵向、横向、剪切3个方向的剩余刚度及剩余应变模型；采用本文改进的渐进疲劳损伤方法，对室温/干态、室温/平衡吸湿两种环境条件下T800/X850孔板结构进行寿命预测，预测结果较好。 综上所述，论文在理论分析与试验研究的基础上，发展了现有的复合材料强度及寿命预测方法，建立了评估湿热环境下复合材料结构强度及寿命的有限元方法。