1　前沿

　　隨著科技的進(jìn)步，很多工業(yè)特別是高新技術(shù)工業(yè)對(duì)材料的要求不斷提高。復(fù)合材料由于比強(qiáng)度和剛度高、質(zhì)量輕、耐磨性和耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于船舶、汽車、基礎(chǔ)設(shè)施和航空航天等領(lǐng)域，以及文體用品、醫(yī)療器械、生物工程、建筑材料、化工機(jī)械等方面。

　　在復(fù)合材料構(gòu)件的使用過程中，由于應(yīng)力和環(huán)境等因素的影響，會(huì)逐漸產(chǎn)生構(gòu)件的損傷以至破壞，其主要破壞形式之一是疲勞損傷。疲勞損傷的產(chǎn)生、擴(kuò)展與積累會(huì)加速材料的老化，造成材料耐環(huán)境性能嚴(yán)重下降以及強(qiáng)度與剛度的急劇損失，大大降低其使用壽命，甚至報(bào)廢。為了使復(fù)合材料的應(yīng)用更加廣泛和深入，本文綜述了近年來(lái)在纖維增強(qiáng)復(fù)合材料疲勞性能方面的研究。

　　2　復(fù)合材料疲勞性能及損傷機(jī)理

　　在周期性交變載荷作用下材料發(fā)生的破壞行為稱為疲勞，它記述了材料經(jīng)受周期應(yīng)變或應(yīng)變時(shí)的失效過程。復(fù)合材料疲勞主要是指復(fù)合材料構(gòu)件在交變荷載作用下的疲勞損傷機(jī)理、疲勞特性（強(qiáng)度、剛度隨著時(shí)間變化規(guī)律及其破壞規(guī)律）、壽命預(yù)測(cè)及疲勞設(shè)計(jì)。

　　復(fù)合材料是非均質(zhì)（在大尺度上）和各向異性的，它以整體的方式積累損傷，且失效并不總是由一個(gè)宏觀裂紋的擴(kuò)展導(dǎo)致。損傷積累的微觀機(jī)構(gòu)機(jī)理，包括纖維斷裂基體開裂、脫粘、橫向?qū)娱_裂和分層等，這些機(jī)理有時(shí)獨(dú)立發(fā)生，有時(shí)以互相作用的方式發(fā)生，而且材料參數(shù)和試驗(yàn)條件可能強(qiáng)烈影響其主要優(yōu)勢(shì)。多種損傷及其組合，使疲勞損傷擴(kuò)展往往缺乏規(guī)律性，完全不像大多數(shù)金屬材料那樣能觀察到明顯的單一主裂紋擴(kuò)展，復(fù)合材料不僅初始缺陷/損傷大，而且在疲勞破壞發(fā)生之前，疲勞損傷已有了相當(dāng)大的擴(kuò)展。

　　3　影響復(fù)合材料疲勞性能的主要因素

　　3.1　基體材料

　　Boller研究了基體材料對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料疲勞性能的影響，研究證明，不同的基體材料具有完全不同的疲勞性能。一般情況下，疲勞性能最好的是環(huán)氧樹脂。

　　很多復(fù)合材料的疲勞試驗(yàn)證明，基體和界面是薄弱環(huán)節(jié)。盡管樹脂含量的變化在106次循環(huán)下對(duì)疲勞性能強(qiáng)度的影響很小，但在玻璃鋼中反應(yīng)活性較低的樹脂會(huì)導(dǎo)致較高的低應(yīng)力疲勞壽命，最佳的樹脂體積含量為25％~30％。相反，樹脂性能的變化對(duì)復(fù)合材料疲勞強(qiáng)度的影響并不大，提高基體抗裂紋擴(kuò)展能力或者改善界面粘結(jié)性能都可能改善疲勞性能。

　　3.2　纖維材料

　　3.2.1　纖維性能

　　吳金榮等指出，由于纖維是復(fù)合材料中傳遞載荷和承受載荷的主要單元，因此纖維的強(qiáng)度、彈性模量、斷裂應(yīng)變和環(huán)境穩(wěn)定性等是影響碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料疲勞特性的決定性因素。

　　3.2.2　混雜復(fù)合材料

　　趙謙等在對(duì)各種混雜比例的碳/玻璃復(fù)合材料進(jìn)行拉伸試驗(yàn)后，指出影響混雜復(fù)合材料疲勞性能的因素很多，如組分材料的力學(xué)性能、混雜比例、混雜方式、纖維/基體界面強(qiáng)韌性等。而相同比例條件下，混雜方式對(duì)強(qiáng)度和破壞延伸率的影響不大，夾芯結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度略高于分散結(jié)構(gòu)。

　　3.2.3　短纖維

　　短纖維可以顯著提高復(fù)合材料的韌性，由于疲勞性能部分依賴于強(qiáng)度，部分依賴于抵抗裂紋能力，因此短纖維有利于改善復(fù)合材料的疲勞性能。Lavengood和Gulbransen測(cè)定了短切硼纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的失效循環(huán)次數(shù)，發(fā)現(xiàn)在低于失效應(yīng)力的任一應(yīng)力下循環(huán)，疲勞壽命隨纖維的長(zhǎng)徑比增大而迅速增大，在長(zhǎng)徑比大約為200時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。這意味著存在一個(gè)臨界長(zhǎng)徑比，當(dāng)長(zhǎng)徑比大于臨界長(zhǎng)徑比后，疲勞強(qiáng)度正比于彎曲強(qiáng)度。