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1．復合材料直至破壞，其應力－應變曲線仍呈現(xiàn)線性，表現(xiàn)為材料的脆性，疲勞損傷演變的隱蔽性和突然失效（Sudden-death）對結(jié)構(gòu)安全性構(gòu)成威脅；而金屬一般都具有屈服階段。
2．復合材料受交變載荷時，產(chǎn)生多種形式的損傷，基本的損傷形式有：界面脫膠和基體開裂，邊緣和層板內(nèi)部分層，纖維斷裂，在疲勞載荷作用下，上述損傷形式相繼交錯出現(xiàn)，形成含多種損傷形式的損傷區(qū)，且擴展缺乏規(guī)律性，整體失效往往突然發(fā)生。損傷形式的多樣性和擴展的無規(guī)律性，增加了處理復合材料疲勞問題的復雜度。
3．復合材料的疲勞過程與其材料彈性常數(shù)的變化緊密聯(lián)系。復合材料構(gòu)件在一定應力水平下循環(huán)加載一段時間后，其彈性常數(shù)隨之發(fā)生變化，剛度的退化是表現(xiàn)形式之一，這從宏觀上反映了各種損傷的累積作用。
4．層間疲勞強度的計算要考慮層間應力，而層間應力分析屬于三維問題，且存在自由邊效應，使得分析層間疲勞發(fā)生困難。
5．不同鋪設角的單向?qū)又g的耦合作用明顯影響層壓板的層間應力分布，并直接影響層壓板的疲勞性能；而對于同一材料體系，鋪設角和鋪疊次序的變化存在無窮多個組合，要在這么多組合中尋找一些規(guī)律性的東西，顯得尤為困難。
6．復合材料的疲勞性能依賴于環(huán)境。復合材料中的基體不僅對溫度敏感，而且極易吸收周圍環(huán)境中的水分，因而，在濕熱環(huán)境條件下，復合材料的疲勞性能較之在室溫，干燥條件下的疲勞性能有較大差別。
7．與金屬材料相比，復合材料具有優(yōu)越的拉伸疲勞特性，在實際設計中經(jīng)常以對靜強度或剛度的要求涵蓋對疲勞性能的要求；壓縮載荷對金屬結(jié)構(gòu)的疲勞裂紋通常起促進閉合的作用，所以一般不予考慮，但對層壓復合材料則相反，在壓縮循環(huán)載荷下，疲勞性能明顯降低；疲勞壽命的分散度遠大于金屬材料，一般不能采用金屬疲勞的研究方法。
單向板的疲勞分析
復雜的多軸循環(huán)應力分解為縱向、橫向和面內(nèi)剪切等三個單軸循環(huán)應力，與這三種單軸循環(huán)應力相對應，發(fā)展了三種不依賴于應力比R的單軸循環(huán)應力作用下單向板的累積損傷和疲勞壽命計算模型。
單向板受單軸循環(huán)應力（縱向拉-拉、橫向拉-拉和面內(nèi)剪切）時的疲勞試驗數(shù)據(jù)分別通過[0]拉-拉、[90]拉-拉和[0/90]剪-剪疲勞試驗獲得。
層壓板疲勞累積損傷和疲勞壽命的估算
多向?qū)訅喊逶谄谳d荷作用下，失效層的破壞原因有兩種可能：（1）因為損傷的累積發(fā)生局部疲勞破壞；（2）因為靜強度不足導致局部靜力破壞。
在循環(huán)應力作用下層壓板的總體破壞是因為各單層逐次發(fā)生了疲勞破壞或者靜力破壞，其壽命用先后發(fā)生疲勞破壞的各單層壽命的累積和表達。疲勞壽命分析的大體步驟為：
（1）在應力分析的基礎(chǔ)上，判斷先失效的單層是發(fā)生局部疲勞破壞還是發(fā)生局部靜力破壞；
（2）對于發(fā)生疲勞破壞的單層，計算循環(huán)應力引起的累積損傷和疲勞壽命，對于發(fā)生靜力破壞的單層，計算和靜力破壞等效的疲勞累積損傷；
（3）選擇合適的剛度退化準則對發(fā)生疲勞破壞或靜力破壞的單層進行剛度退化；
（4）返回第1 步重復上述過程，直到隨著各單層逐次失效終導致層壓板結(jié)構(gòu)總體失效，用失效單層的疲勞壽命累積和表示層壓板疲勞壽命。
面內(nèi)應力和強度
采用經(jīng)典層板理論計算層壓板中各單層的應力分布。
經(jīng)典層壓板理論基于以下3 個假設：
(1)層間變形一致假設：層壓板各單層之間粘和牢固，層間變形一致，無相對位移；
(2)直法線假設：變形前垂直于板中面的直線在變形后仍保持垂直，且長度不變；
(3)平面應力狀態(tài)假設：層壓板中各單層都可近似地認為處于平面應力狀態(tài)。
單層材料的應力-應變本構(gòu)方程為：
Qij構(gòu)成第k個單層的偏軸模量矩陣，單層材料的應變用中面應變和中面曲率的
線性函數(shù)表示，中面應變及曲率由下式得到：
A、B和D構(gòu)成層壓板的剛度矩陣，N和M為層壓板的中面力和中面矩。
強度準則及失效模式
單層材料的面內(nèi)破壞采用平面應力狀態(tài)下的Tsai-Hill強度準則判定：
式中，X、Y 和S 分別代表單向板的縱向、橫向拉（壓）強度值和剪切強度值，對應于拉伸應力，X、Y 用拉伸強度，反之則用壓縮強度。在外載荷p 作用下，由經(jīng)典層板理論得到各單層的應力分布，按以下步驟便可以得到先失效強度和極限強度：
剛度退化準則
動圖
對局部高斯點的疲勞和靜強度失效，有兩種剛度退化法。
一種是簡單的取消剛度的辦法，即基體失效時令
Q12=Q22=Q66=0，
Q11保持不變；纖維失效時，進一步令Q11=0。
另一種是采用所謂0.4Em剛度退化準則，這是Tsai通過細觀力學分析得出的，。基體失效時，E1、V12保持不變，而E2下降至0.56E2，G12下降至0.44G12。計算表明，與簡單退化剛度相比，0.4Em準則并沒能使疲勞和剩余強度計算結(jié)果更加接近試驗，有時甚至得到不合理的結(jié)果，同時使得計算迭代的時間大大加長。所以，終還是采用簡單退化剛度法。
失效分析
動圖
在一定的載荷p 作用下，層壓板可能發(fā)生靜力破壞，也可能發(fā)生疲勞破壞。如前所述，這取決于外載荷與先失效強度的比較。
如果外載荷p 大于先失效強度Fstrg，那么某個單層的纖維被立即拉斷，或基體立即開裂，然后根據(jù)失效模式對層壓板作相應的剛度退化，應力重新分布，沒有疲勞壽命可言。值得指出的是，在疲勞分析系統(tǒng)中，靜力破壞不僅僅使失效層的剛度退化，同時也改變該層的疲勞性能。因為發(fā)生靜力破壞的單層，必定在某個方向也喪失了疲勞承載能力，所以必須把靜力破壞折算成等效的疲勞累積損傷，換言之：發(fā)生靜力破壞的單層也消耗了一定數(shù)量的疲勞壽命。具體做法是：如果發(fā)生纖維斷裂，則將該層的面內(nèi)縱向、橫向和剪切應力引起的累積損傷量D1、D2 和D12 均置為1，如果發(fā)生基體破壞，將面內(nèi)橫向應力引起的累積損傷量D2 置為1。
如果外載荷p小于先失效強度Fstrg，則發(fā)生疲勞失效，隨之作疲勞分析，包括疲勞壽命和累積損傷計算，對失效層，只考慮纖維斷裂和基體失效兩種疲勞失效模式，并作相應的剛度退化。
層壓板層間應力及其計算方法
動圖
層壓板是由不同鋪設方向的兩層或多層單層材料粘和而成的結(jié)構(gòu)元件，在經(jīng)典層板理論中，在面內(nèi)應力作用下多向?qū)訅喊宓拿恳粏螌佣急徽J為處于平面應力狀態(tài)，層與層之間的應力為零。
由于層壓板是由性能不同的單層板粘合而成，在載荷的作用下，各單層板變形情況不同，但通過粘結(jié)構(gòu)成一整體協(xié)調(diào)變形，各層之間必須由相互變形協(xié)調(diào)存在應力分布，其中有層間剪應力和正應力存在，實際上層壓板自由邊或孔邊上層間剪應力很高，從而導致這些邊界區(qū)域脫膠分層，層間應力是復合材料特有的破壞機理之一。
分析層壓板應力應考慮三向應力狀態(tài)，應力分量有σx、σy、σz、τxy、τyz、τzx。正交各向異性材料在主方向的應力應變關(guān)系有：
應用平面坐標轉(zhuǎn)換，用層壓板坐標x，y，z表示應力應變關(guān)系為：
應變－位移關(guān)系為：
由于層間應力的存在，層壓板處于三向受力狀態(tài)，計算過程要比二維應力狀態(tài)復雜得多，解析解幾乎不可能求得。所以常常采用數(shù)值解法來求自由邊界區(qū)域的層間應力問題，一般有以下幾種方法。
（1）三維有限元法和準三維有限元法，這種方法常取單層厚度為單元的一個尺度，另兩個尺度則視應力變化剃度的大小來確定，如果對層間應力的分布作出某種假設或預設某種聯(lián)系層間應力與層內(nèi)應力的關(guān)系式，以便簡化過程，這就是所謂的準三維有限元法。
（2）有限差分法，它是考慮一個具有對稱鋪層的正交各向異性層壓板，長度遠大于寬度，在長度方向（即x方向）有均勻應力作用，并設層壓板長、寬方向都為彈性主方向，所得的有限差分方程是線性非奇次代數(shù)方程組，方程數(shù)是所分點數(shù)的3倍，計算工作量是十分繁重的。
（3）三角級數(shù)法，對于等厚度鋪層的角對稱層壓板，由變形的特性可以求得用三角級數(shù)表示的近似封閉解。
（4）簡化解法，由于層間應力計算的復雜性，促使人們研究和提出一些簡單的近似公式，以供工程設計計算之用。
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