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)對材料的要求不斷提高。復(fù)合材料由于比強度和剛度高、質(zhì)量輕、耐磨性和耐腐蝕性好等優(yōu)點，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、擴展與積累會加速材料的老化，造成材料耐環(huán)境性能嚴(yán)重下降以及強度與剛度的急劇損失，大大降低其使用壽命，甚至報廢。為了使復(fù)合材料的應(yīng)用更加廣泛和深入，本文綜述了近年來在纖維增強復(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理、疲勞特性（強度、剛度隨著時間變化規(guī)律及其破壞規(guī)律）、壽命預(yù)測及疲勞設(shè)計。

　　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宏觀裂紋的擴展導(dǎo)致。損傷積累的微觀機構(gòu)機理，包括纖維斷裂基體開裂、脫粘、橫向?qū)娱_裂和分層等，這些機理有時獨立發(fā)生，有時以互相作用的方式發(fā)生，而且材料參數(shù)和試驗條件可能強烈影響其主要優(yōu)勢。多種損傷及其組合，使疲勞損傷擴展往往缺乏規(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研究了基體材料對玻璃纖維增強復(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)下對疲勞性能強度的影響很小，但在玻璃鋼中反應(yīng)活性較低的樹脂會導(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，樹脂性能的變化對復(fù)合材料疲勞強度的影響并不大，提高基體抗裂紋擴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

　　趙謙等在對各種混雜比例的碳/玻璃復(fù)合材料進(jìn)行拉伸試驗后，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/基體界面強韌性等。而相同比例條件下，混雜方式對強度和破壞延伸率的影響不大，夾芯結(jié)構(gòu)的強度略高于分散結(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徑比增大而迅速增大，在長徑比大約為200時達(dá)到穩(wěn)定。這意味著存在一個臨界長徑比，當(dāng)長徑比大于臨界長徑比后，疲勞強度正比于彎曲強度。