纤维增强复合材料疲劳性能评估与损伤机制研究进展

周佳怡，刘虎，张娟，王小萌（西南交通大学力学与航空航天学院, 先进结构材料力学行为与服役安全四川省重点实验室）

摘要：纤维增强复合材料(fiber-reinforced polymer, FRP) 因其优异的比强度和比刚度, 广泛应用于航空航天、交通运输和船舶等高性能工程领域. 然而, 在循环载荷作用下, FRP 经历多尺度、多机制耦合的疲劳损伤过程,涵盖基体裂纹扩展、界面脱黏、层间分层及纤维断裂等多种损伤机制, 这种复杂性给疲劳性能的准确评估带来了严峻挑战. 文章综述了FRP 疲劳行为表征领域的最新研究进展. 首先, 揭示了纤维类型、体积分数、排列方式(包括单向、二维编织、三维编织及展宽机织) 以及基体性能等关键材料参数和温度、湿度和化学侵蚀等外部环境对FRP 损伤演化模式和疲劳寿命的影响规律; 其次, 总结了单轴、多轴疲劳试验及先进原位与非破坏性检测等方法在揭示FRP 损伤演化机理中的作用; 接着梳理了FRP 疲劳理论分析方法, 包括寿命预测模型、刚度与强度退化模型及渐进损伤模型; 最后探讨了机器学习在FRP 疲劳性能预测中的应用与发展趋势. 本文通过对现有研究的总结和归纳, 为理解FRP 疲劳损伤的演化机制与疲劳寿命预测方法提供了参考, 对FRP 在复杂服役环境下的可靠性评估具有重要意义.

关键词：纤维增强复合材料, 疲劳性能, 损伤机制, 疲劳模型, 机器学习