为进一步观察复合材料试样在疲劳测试期间的性能变化，实验测试了复合材料疲劳后剩余强度。在应力水平为75%，拉—拉疲劳循环次数达到循环寿命N的N/3和2N/3时停止疲劳试验，测定不同试样在不同循环次数后的剩余拉伸强度，得到三种轴向复合材料疲劳后剩余拉伸强度如图5-12所示。

图5-12　三种轴向复合材料疲劳后剩余拉伸强度

图5-12显示了指定循环次数下拉伸疲劳剩余强度的应力—应变曲线。三种不同轴向复合材料试样拉伸疲劳后剩余强度均有大幅度下降，主要原因如下。

①纤维和基体分离。

②纤维从基体中拔出。

③随着疲劳循环次数的增加，纤维断裂。

三种轴向拉伸疲劳后剩余强度的退化率见表5-4。(www.daowen.com)

表5-4　疲劳后剩余强度退化率

为进一步分析复合材料的疲劳断裂特性，指定循环次数下拉伸疲劳试样的断裂形貌如图5-13所示。

A：单轴向试样，应力水平：75%；N：1352；B：单轴向试样，应力水平：75%；N：2746；C：双轴向试样，应力水平：75%；N：755；D：双轴向试样，应力水平：75%；N：1534；E：三轴向试样，应力水平：75%；N：5104；F：三轴向试样，应力水平：75%；N：10363。

图5-13　复合材料疲劳后剩余拉伸断口

通过疲劳后剩余强度的试验可知，疲劳损伤是拉伸疲劳剩余强度退化的根本原因，剩余强度的退化过程也就是拉伸疲劳过程中树脂、纤维及其界面微裂纹到小裂纹，再到裂纹的演变过程。观察循环次数在N/3时的剩余强度试样断口，接近静态拉伸的断口，但明显小于静拉伸断口，又大于疲劳拉伸断口。循环次数在2N/3时的剩余强度试样断口，断裂大小是介于N/3和疲劳拉伸断口之间的。裂纹扩展的快慢取决于复合材料裂纹尖端的应力集中水平，而应力集中水平取决于施加载荷的强度，因此，随着施加载荷强度的增加，复合材料试样剩余强度的退化率增加，拉伸疲劳后强度大幅度降低。