复合材料部分

缺陷/损伤种类

制造缺陷制造缺陷通常可以分为两类：一类是铺贴和固化成形过程中产生的，例如孔隙率、分层、脱胶、夹杂、贫脂或富脂、树脂固化不完全、纤维方向偏离（或纤维弯曲）、铺层顺序错误、纤维间有空隙等；另一类是在机械加工、装配和运输过程时产生的，例如刻痕、擦伤、钻孔不当、拧紧力矩过大及冲击损伤等。1缺陷/损伤种类使用损伤 使用损伤主要是使用过程中出现的冲击损伤。 高能量冲击（一般也是高速冲击）——子弹、非包容发动机碎片、鸟撞等外来物冲击通常产生穿透损伤，同时伴随有一定范围的分层。雷击也可能击穿结构蒙皮，产生深度分层和烧灼。这些损伤均目视易检， 低能量冲击（其中多数是低速冲击）——生产或维护用工具的掉落，叉车、卡车和工作平台这一类维护设施的撞击，操作人员无意中发生的粗暴踩踏，起飞或着陆时从跑道上卷起的石头、螺钉、轮胎碎片的撞击，以及地面停放或空中飞行时冰雹的撞击等。2缺陷/损伤种类缺陷/损伤影响的强度评定

拉伸载荷

对拉伸载荷是危险的缺陷形式，如切口和沟槽，某种程度上多数都是可检的，含切口层压板的剩余强度主要取决于它们的宽度，而基本上与它们的形状无关。在确定结构设计许用值时可以用含6.35mm开孔的试验结果来考虑同一尺寸边缘切口引起的强度降。3缺陷/损伤种类缺陷/损伤影响的强度评定

压缩载荷与制造和使用中可能出现的缺陷（包括直径达50mm的分层、含制孔缺陷的孔、划伤及高达2%的孔隙率等）相比，由12.7～25.4mm直径半球形冲击头产生的低速冲击损伤是最严重的损伤形式。直径6.35mm充填无载孔引起的压缩强度降可以覆盖除冲击损伤外的其他缺陷（直径达38.1mm的分层、含制孔缺陷的孔、划伤及高达2%的孔隙率等）产生的影响。前表面目视勉强可检的冲击损伤（BVID）有可能使其静压缩强度降低约60%。4缺陷/损伤种类缺陷/损伤影响的强度评定

压缩载荷含缺陷/损伤试样的压缩S-N曲线相当平坦，它们的条件疲劳极限（106循环对应的疲劳强度）一般为含相应缺陷试样静剩余强度的60%左右。当承受飞机随机疲劳载荷谱时，其疲劳门槛值则还要高一些。含冲击损伤的试样在疲劳载荷下的损伤扩展没有明确的规律性可循。5损伤、断裂和疲劳的特点主要的缺陷/损伤类型

裂纹是金属飞机结构的主要损伤形式。复合材料结构的关键缺陷/损伤形式是界面脱胶、分层和低能量(特别是低速)外来物产生的冲击损伤。6损伤、断裂和疲劳的特点缺口敏感性——静强度缺口敏感性

复合材料的静强度缺口敏感性远高于金属金属一般都具有屈服阶段，而复合材料往往直至破坏其应力-应变曲线仍呈现线性7损伤、断裂和疲劳的特点缺口敏感性——疲劳缺口敏感性

复合材料的疲劳缺口敏感性远低于金属，其疲劳缺口系数(一定循环次数下，无缺口试件疲劳强度与含缺口疲劳强度之比)远小于静应力集中系数，并且在中长寿命情况下接近于1。8损伤、断裂和疲劳的特点疲劳性能金属对疲劳一般比较敏感，特别是含缺口结构受拉-拉疲劳时，其疲劳强度会急剧下降，但复合材料一般都显示有优良的疲劳性能。对于常用的纤维控制的多向层压板，在拉-拉疲劳下，它能在最大应力为80%极限拉伸强度的载荷下经受106次循环。在拉-压或压-压疲劳下，其疲劳强度略低一些，但106次对应的疲劳强度均不低于相应静强度的50%。9损伤、断裂和疲劳的特点损伤扩展性能复合材料结构主要考虑冲击损伤和分层，因此其损伤扩展性能主要指冲击损伤和分层在疲劳载荷下的扩展性能。一般很难观察到它们在疲劳下的扩展，即使出现损伤扩展，也往往出现在寿命后期，通常呈现“突然死亡”现象。很难确定其扩展规律。10损伤、断裂和疲劳的特点刚度降金属结构，一般不考虑由疲劳载荷引起的刚度变化。复合材料结构，有时需要考虑。11损伤、断裂和疲劳的特点环境影响除了极高的温度，一般不考虑湿热对金属强度的影响。复合材料结构则必须考虑湿热环境的联合作用。这是因为复合材料的基体通常为高分子材料，湿热的联合作用会降低其玻璃化转变温度，从而引起由基体控制的力学性能，如压缩、剪切等的明显下降。金属结构腐蚀是严重的问题，而复合材料结构通常有良好的抗腐蚀性能。12损伤、断裂和疲劳的特点分散性复合材料静强度和疲劳强度的分散性均高于金属，特别是疲劳强度尤为突出，因此在对复合材料结构进行疲劳验证时，除寿命分散系数外，有时还考虑载荷放大系数。13损伤、断裂和疲劳的特点14耐久性/损伤容限设计内容正确选择结构材料体系；选择适当的结构设计许用值(通常用应变值来控制)；通过合理设计(包括细节设计、铺层设计及结构布局、元件外形设计等)来保证良好的疲劳和损伤容限特性；材料体系和制造工艺的控制；采用经鉴定合格的检验程序。15结构选材——选材原则与金属材料一样，在满足结构完整性要求下尽量选用价格低的材料，成本的计算应考虑下列内容：材料成本、工艺成本和维修成本；在满足使用要求的前提下，尽量选用已有使用经验的“老”材料，并有可靠且稳定的供应渠道；所选材料应具有良好的工艺性；所选材料应满足结构使用环境要求；所选材料应满足结构特殊性能要求；具有与相关材料很好的匹配性；环境保护要求的投资费用小。

16提高结构耐久性/损伤容限的途径

(b)通过采用韧性树脂(包括层间夹胶膜等)、采用厚度方向增强(缝合、三维纺织预成形、z向销等)的方式，提高结构的抗冲击损伤能力以抑制损伤的形成，减小损伤形成范围，抑制和阻止损伤扩展；采用一些适应复合材料特点的设计概念和方法，如软蒙皮、软化带等来提高结构容许损伤的能力，从而提高剩余强度。

17提高结构耐久性/损伤容限的途径——

需注意的问题

(b)必须针对不同的损伤采取相应的设计方法；应就不同部位具体结构最易产生的损伤类型以及结合所受载荷特点，有针对性地分别采用相应的措施；必须结合具体结构，合理地协调配合、综合应用多种方法；应该注意到损伤容限关键部位通常只占总结构的很少一部分(例如20%)，为了满足损伤容限要求(通过增加厚度来降低应变水平)所付出的重量代价可能只有4%，但为了提高其损伤容限采取的设计措施所带来的成本代价则可能要大得多。因此在实际设计中应对结构的强度、刚度、耐久性、损伤容限、重量及成本等加以综合考虑，以求得最佳的结构效率、成本效率以及各种性能之间的平衡；应注意损伤容限和损伤阻抗是两个不同的物理概念，上述的特殊设计方法多数能提高损伤阻抗，但不一定能提高损伤容限。18积木式设计验证试验方法复合材料结构目前还缺乏成熟的分析方法和足够的设计与使用经验，为保证其结构完整性，比金属结构更依赖于试样、元件、细节件、结构件、全尺寸部件等多个层次的积木式验证试验。多层次试验验证可使缺乏经验难以处理的结构技术难点，在低层次上通过试验研究得到解决和验证。这样既可确保费用昂贵的全尺寸试验验证顺利通过，又能尽可能少地付