Characterization of Thermodynamic‐Fatigue Behavior and Rapid Prediction of Fatigue Limit for Angle‐Ply CF / PAEK Composites Based on Infrared Thermography
Source abstract
Abstract
ABSTRACT This study investigates the thermodynamic‐fatigue behavior of angle‐ply thermoplastic composite laminates using infrared thermography and proposes a rapid fatigue limit prediction method. The research first characterizes fatigue mechanisms, including matrix cracking, fiber breakage, and the characteristic thermo‐mechanical coupling damage of thermoplastic composites, and identifies three thermodynamic phases during cyclic loading. A thermographic fatigue experiment is conducted to analyze the effects of loading amplitude and fiber orientation on temperature rising, revealing a nonlinear relationship governed by shear stress and fiber angle. Building upon these findings, a novel prediction method was developed by integrating a piecewise temperature–stress function with an iterative judgment algorithm to efficiently estimate the fatigue limits of laminates with various stacking sequences ([0°/90°] 3s , [±25°] 3s , [±35°] 3s , [±45°] 3s ). The results demonstrate strong agreement with conventional fatigue tests, offering improved accuracy compared to existing approaches while significantly reducing testing time and cost.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Fatigue and fracture mechanics · Mechanical Behavior of Composites · Fire effects on concrete materials
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
School of Civil Aviation Northwestern Polytechnical University Xi'an China
School of Aeronautics Northwestern Polytechnical University Xi'an China
Key Laboratory on the Impact Protection and Safety Assessment of Civil Aviation Vehicle Taicang Jiangsu China
References (64)
Show source-provided references
1. 10.1016/j.compstruct.2020.11287110.1016/j.compstruct.2020.112871 ↗
2. 10.1016/j.tws.2023.11067110.1016/j.tws.2023.110671 ↗
3. 10.1016/B978-0-12-822944-6.00001-310.1016/B978-0-12-822944-6.00001-3 ↗
4. 10.1016/j.compscitech.2024.11098210.1016/j.compscitech.2024.110982 ↗
5. 10.1016/j.coco.2021.10091610.1016/j.coco.2021.100916 ↗
6. 10.1016/j.compositesb.2025.11278810.1016/j.compositesb.2025.112788 ↗
7. 10.1016/j.jcomc.2025.10060810.1016/j.jcomc.2025.100608 ↗
8. 10.1016/j.cej.2025.16464610.1016/j.cej.2025.164646 ↗
9. 10.1016/j.ijfatigue.2024.10825710.1016/j.ijfatigue.2024.108257 ↗
10. 10.1016/j.jcomc.2024.10047010.1016/j.jcomc.2024.100470 ↗
11. 10.1016/j.jmapro.2022.02.01810.1016/j.jmapro.2022.02.018 ↗
12. 10.1007/s12221-023-00282-w10.1007/s12221-023-00282-w ↗
13. 10.1016/j.matpr.2021.02.15610.1016/j.matpr.2021.02.156 ↗
14. 10.1016/j.ijfatigue.2013.08.02910.1016/j.ijfatigue.2013.08.029 ↗
15. 10.1016/j.matdes.2016.02.12310.1016/j.matdes.2016.02.123 ↗
16. 10.1016/j.ijfatigue.2018.04.02310.1016/j.ijfatigue.2018.04.023 ↗
17. 10.1016/j.ijfatigue.2020.10565110.1016/j.ijfatigue.2020.105651 ↗
18. 10.1016/j.ijfatigue.2019.04.03710.1016/j.ijfatigue.2019.04.037 ↗
19. 10.1016/j.msea.2007.11.05310.1016/j.msea.2007.11.053 ↗
20. 10.1016/j.compstruct.2025.11933710.1016/j.compstruct.2025.119337 ↗
21. 10.1016/j.tws.2025.11352410.1016/j.tws.2025.113524 ↗
22. 10.1016/j.ijfatigue.2025.10901210.1016/j.ijfatigue.2025.109012 ↗
23. 10.1016/j.ultras.2023.10699810.1016/j.ultras.2023.106998 ↗
24. 10.1016/j.ijfatigue.2025.10903210.1016/j.ijfatigue.2025.109032 ↗
25. 10.1016/j.compstruct.2025.11945910.1016/j.compstruct.2025.119459 ↗
26. 10.1016/j.ndteint.2025.10346610.1016/j.ndteint.2025.103466 ↗
27. 10.1016/j.ultras.2025.10776810.1016/j.ultras.2025.107768 ↗
28. 10.1016/j.compscitech.2020.10821310.1016/j.compscitech.2020.108213 ↗
29. 10.1016/j.compositesa.2014.10.02210.1016/j.compositesa.2014.10.022 ↗
30. 10.1016/j.ijfatigue.2015.04.01910.1016/j.ijfatigue.2015.04.019 ↗
31. 10.1016/j.ijfatigue.2022.10688010.1016/j.ijfatigue.2022.106880 ↗
32. G.Curti G.La Rosa M.Orlando andA.Risitano “Analisi tramite infrarosso termico della ‘temperature limit’ in prove di fatica ”inProceedings of the 14th Conference on the Italian Society for Stress Analysis Catania 23–27 September 1986 211‐220.
33. 10.1016/S0142-1123(99)00088-210.1016/S0142-1123(99)00088-2 ↗
34. Infrared Thermographic Scanning of Fatigue in Metals
35. 10.1016/S0167-6636(97)00047-110.1016/S0167-6636(97)00047-1 ↗
36. 10.1016/j.engfracmech.2023.10906110.1016/j.engfracmech.2023.109061 ↗
37. 10.1016/j.addlet.2024.10025810.1016/j.addlet.2024.100258 ↗
38. 10.1002/adem.20130012410.1002/adem.201300124 ↗
39. 10.1016/j.compstruct.2025.11922810.1016/j.compstruct.2025.119228 ↗
40. 10.1016/j.ijfatigue.2025.10908810.1016/j.ijfatigue.2025.109088 ↗
41. 10.1016/j.ijfatigue.2025.10897910.1016/j.ijfatigue.2025.108979 ↗
42. 10.1016/j.prostr.2024.11.04110.1016/j.prostr.2024.11.041 ↗
43. 10.1016/j.ijfatigue.2024.10824010.1016/j.ijfatigue.2024.108240 ↗
44. 10.1016/j.compscitech.2020.10823310.1016/j.compscitech.2020.108233 ↗
45. 10.1016/j.compositesb.2022.10989810.1016/j.compositesb.2022.109898 ↗
46. 10.1016/j.prostr.2020.06.02010.1016/j.prostr.2020.06.020 ↗
47. 10.1016/j.prostr.2020.02.05810.1016/j.prostr.2020.02.058 ↗
48. 10.1016/j.compstruct.2019.03.02310.1016/j.compstruct.2019.03.023 ↗
49. 10.1016/j.ijfatigue.2019.01.00310.1016/j.ijfatigue.2019.01.003 ↗
50. 10.1016/j.ijfatigue.2020.10565310.1016/j.ijfatigue.2020.105653 ↗
51. 10.1016/j.ijfatigue.2020.10571710.1016/j.ijfatigue.2020.105717 ↗
52. 10.1016/j.engfracmech.2020.10697110.1016/j.engfracmech.2020.106971 ↗
53. 10.1016/j.tws.2020.10697810.1016/j.tws.2020.106978 ↗
54. 10.1016/j.ijfatigue.2018.11.00210.1016/j.ijfatigue.2018.11.002 ↗
55. 10.1016/j.ijmecsci.2025.11053010.1016/j.ijmecsci.2025.110530 ↗
56. 10.1016/j.compstruct.2021.11422710.1016/j.compstruct.2021.114227 ↗
57. 10.1016/j.polymertesting.2025.10875110.1016/j.polymertesting.2025.108751 ↗
58. 10.1016/j.ijfatigue.2022.10687310.1016/j.ijfatigue.2022.106873 ↗
59. 10.1016/j.proeng.2015.12.63910.1016/j.proeng.2015.12.639 ↗
60. 10.1016/j.ijfatigue.2018.05.00110.1016/j.ijfatigue.2018.05.001 ↗
61. 10.1016/j.compositesb.2021.10909710.1016/j.compositesb.2021.109097 ↗
62. 10.1016/j.ijfatigue.2021.10665910.1016/j.ijfatigue.2021.106659 ↗
63. 10.1016/j.tws.2024.11204010.1016/j.tws.2024.112040 ↗
64. 10.1016/j.mechmat.2020.10373410.1016/j.mechmat.2020.103734 ↗