復合材料部分

缺陷/損傷種類

制造缺陷制造缺陷通?？梢苑譃閮深悾阂活愂卿佡N和固化成形過程中產(chǎn)生的，例如孔隙率、分層、脫膠、夾雜、貧脂或富脂、樹脂固化不完全、纖維方向偏離（或纖維彎曲）、鋪層順序錯誤、纖維間有空隙等；另一類是在機械加工、裝配和運輸過程時產(chǎn)生的，例如刻痕、擦傷、鉆孔不當、擰緊力矩過大及沖擊損傷等。1缺陷/損傷種類使用損傷 使用損傷主要是使用過程中出現(xiàn)的沖擊損傷。 高能量沖擊（一般也是高速沖擊）——子彈、非包容發(fā)動機碎片、鳥撞等外來物沖擊通常產(chǎn)生穿透損傷，同時伴隨有一定范圍的分層。雷擊也可能擊穿結(jié)構(gòu)蒙皮，產(chǎn)生深度分層和燒灼。這些損傷均目視易檢， 低能量沖擊（其中多數(shù)是低速沖擊）——生產(chǎn)或維護用工具的掉落，叉車、卡車和工作平臺這一類維護設施的撞擊，操作人員無意中發(fā)生的粗暴踩踏，起飛或著陸時從跑道上卷起的石頭、螺釘、輪胎碎片的撞擊，以及地面停放或空中飛行時冰雹的撞擊等。2缺陷/損傷種類缺陷/損傷影響的強度評定

拉伸載荷

對拉伸載荷是危險的缺陷形式，如切口和溝槽，某種程度上多數(shù)都是可檢的，含切口層壓板的剩余強度主要取決于它們的寬度，而基本上與它們的形狀無關。在確定結(jié)構(gòu)設計許用值時可以用含6.35mm開孔的試驗結(jié)果來考慮同一尺寸邊緣切口引起的強度降。3缺陷/損傷種類缺陷/損傷影響的強度評定

壓縮載荷與制造和使用中可能出現(xiàn)的缺陷（包括直徑達50mm的分層、含制孔缺陷的孔、劃傷及高達2%的孔隙率等）相比，由12.7～25.4mm直徑半球形沖擊頭產(chǎn)生的低速沖擊損傷是最嚴重的損傷形式。直徑6.35mm充填無載孔引起的壓縮強度降可以覆蓋除沖擊損傷外的其他缺陷（直徑達38.1mm的分層、含制孔缺陷的孔、劃傷及高達2%的孔隙率等）產(chǎn)生的影響。前表面目視勉強可檢的沖擊損傷（BVID）有可能使其靜壓縮強度降低約60%。4缺陷/損傷種類缺陷/損傷影響的強度評定

壓縮載荷含缺陷/損傷試樣的壓縮S-N曲線相當平坦，它們的條件疲勞極限（106循環(huán)對應的疲勞強度）一般為含相應缺陷試樣靜剩余強度的60%左右。當承受飛機隨機疲勞載荷譜時，其疲勞門檻值則還要高一些。含沖擊損傷的試樣在疲勞載荷下的損傷擴展沒有明確的規(guī)律性可循。5損傷、斷裂和疲勞的特點主要的缺陷/損傷類型

裂紋是金屬飛機結(jié)構(gòu)的主要損傷形式。復合材料結(jié)構(gòu)的關鍵缺陷/損傷形式是界面脫膠、分層和低能量(特別是低速)外來物產(chǎn)生的沖擊損傷。6損傷、斷裂和疲勞的特點缺口敏感性——靜強度缺口敏感性

復合材料的靜強度缺口敏感性遠高于金屬金屬一般都具有屈服階段，而復合材料往往直至破壞其應力-應變曲線仍呈現(xiàn)線性7損傷、斷裂和疲勞的特點缺口敏感性——疲勞缺口敏感性

復合材料的疲勞缺口敏感性遠低于金屬，其疲勞缺口系數(shù)(一定循環(huán)次數(shù)下，無缺口試件疲勞強度與含缺口疲勞強度之比)遠小于靜應力集中系數(shù)，并且在中長壽命情況下接近于1。8損傷、斷裂和疲勞的特點疲勞性能金屬對疲勞一般比較敏感，特別是含缺口結(jié)構(gòu)受拉-拉疲勞時，其疲勞強度會急劇下降，但復合材料一般都顯示有優(yōu)良的疲勞性能。對于常用的纖維控制的多向?qū)訅喊?，在?拉疲勞下，它能在最大應力為80%極限拉伸強度的載荷下經(jīng)受106次循環(huán)。在拉-壓或壓-壓疲勞下，其疲勞強度略低一些，但106次對應的疲勞強度均不低于相應靜強度的50%。9損傷、斷裂和疲勞的特點損傷擴展性能復合材料結(jié)構(gòu)主要考慮沖擊損傷和分層，因此其損傷擴展性能主要指沖擊損傷和分層在疲勞載荷下的擴展性能。一般很難觀察到它們在疲勞下的擴展，即使出現(xiàn)損傷擴展，也往往出現(xiàn)在壽命后期，通常呈現(xiàn)“突然死亡”現(xiàn)象。很難確定其擴展規(guī)律。10損傷、斷裂和疲勞的特點剛度降金屬結(jié)構(gòu)，一般不考慮由疲勞載荷引起的剛度變化。復合材料結(jié)構(gòu)，有時需要考慮。11損傷、斷裂和疲勞的特點環(huán)境影響除了極高的溫度，一般不考慮濕熱對金屬強度的影響。復合材料結(jié)構(gòu)則必須考慮濕熱環(huán)境的聯(lián)合作用。這是因為復合材料的基體通常為高分子材料，濕熱的聯(lián)合作用會降低其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，從而引起由基體控制的力學性能，如壓縮、剪切等的明顯下降。金屬結(jié)構(gòu)腐蝕是嚴重的問題，而復合材料結(jié)構(gòu)通常有良好的抗腐蝕性能。12損傷、斷裂和疲勞的特點分散性復合材料靜強度和疲勞強度的分散性均高于金屬，特別是疲勞強度尤為突出，因此在對復合材料結(jié)構(gòu)進行疲勞驗證時，除壽命分散系數(shù)外，有時還考慮載荷放大系數(shù)。13損傷、斷裂和疲勞的特點14耐久性/損傷容限設計內(nèi)容正確選擇結(jié)構(gòu)材料體系；選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)設計許用值(通常用應變值來控制)；通過合理設計(包括細節(jié)設計、鋪層設計及結(jié)構(gòu)布局、元件外形設計等)來保證良好的疲勞和損傷容限特性；材料體系和制造工藝的控制；采用經(jīng)鑒定合格的檢驗程序。15結(jié)構(gòu)選材——選材原則與金屬材料一樣，在滿足結(jié)構(gòu)完整性要求下盡量選用價格低的材料，成本的計算應考慮下列內(nèi)容：材料成本、工藝成本和維修成本；在滿足使用要求的前提下，盡量選用已有使用經(jīng)驗的“老”材料，并有可靠且穩(wěn)定的供應渠道；所選材料應具有良好的工藝性；所選材料應滿足結(jié)構(gòu)使用環(huán)境要求；所選材料應滿足結(jié)構(gòu)特殊性能要求；具有與相關材料很好的匹配性；環(huán)境保護要求的投資費用小。

16提高結(jié)構(gòu)耐久性/損傷容限的途徑

(b)通過采用韌性樹脂(包括層間夾膠膜等)、采用厚度方向增強(縫合、三維紡織預成形、z向銷等)的方式，提高結(jié)構(gòu)的抗沖擊損傷能力以抑制損傷的形成，減小損傷形成范圍，抑制和阻止損傷擴展；采用一些適應復合材料特點的設計概念和方法，如軟蒙皮、軟化帶等來提高結(jié)構(gòu)容許損傷的能力，從而提高剩余強度。

17提高結(jié)構(gòu)耐久性/損傷容限的途徑——

需注意的問題

(b)必須針對不同的損傷采取相應的設計方法；應就不同部位具體結(jié)構(gòu)最易產(chǎn)生的損傷類型以及結(jié)合所受載荷特點，有針對性地分別采用相應的措施；必須結(jié)合具體結(jié)構(gòu)，合理地協(xié)調(diào)配合、綜合應用多種方法；應該注意到損傷容限關鍵部位通常只占總結(jié)構(gòu)的很少一部分(例如20%)，為了滿足損傷容限要求(通過增加厚度來降低應變水平)所付出的重量代價可能只有4%，但為了提高其損傷容限采取的設計措施所帶來的成本代價則可能要大得多。因此在實際設計中應對結(jié)構(gòu)的強度、剛度、耐久性、損傷容限、重量及成本等加以綜合考慮，以求得最佳的結(jié)構(gòu)效率、成本效率以及各種性能之間的平衡；應注意損傷容限和損傷阻抗是兩個不同的物理概念，上述的特殊設計方法多數(shù)能提高損傷阻抗，但不一定能提高損傷容限。18積木式設計驗證試驗方法復合材料結(jié)構(gòu)目前還缺乏成熟的分析方法和足夠的設計與使用經(jīng)驗，為保證其結(jié)構(gòu)完整性，比金屬結(jié)構(gòu)更依賴于試樣、元件、細節(jié)件、結(jié)構(gòu)件、全尺寸部件等多個層次的積木式驗證試驗。多層次試驗驗證可使缺乏經(jīng)驗難以處理的結(jié)構(gòu)技術難點，在低層次上通過試驗研究得到解決和驗證。這樣既可確保費用昂貴的全尺寸試驗驗證順利通過，又能盡可能少地付