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復(fù)合材料，而有的設(shè)計師還喜歡熱塑性樹脂基體復(fù)合材料。他們認(rèn)為，熱塑性樹脂基
體剝離強(qiáng)度高、不易分層，可重復(fù)加工，從而可避免加工報廢等。目前，熱塑性復(fù)合材
料應(yīng)用還是十分有限的。原因主要是成本高、加工溫度高、尺寸穩(wěn)定性差。
第二節(jié) 9設(shè)計許用值定義與確定的一般原則
許用值是判斷結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的重要指標(biāo)。許用值是設(shè)計依據(jù)，主要根據(jù)試驗所獲得數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計分析確定，試驗量大、耗資多、周期長。因此，許用值定義與確定原則和 •44•
第三篇 /復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計
 
方法，備受關(guān)注。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，材料性能的許用值通常以 “"基準(zhǔn)值”和典型值形式
“基準(zhǔn)值”、 給出。
金屬材料的力學(xué)行為有屈服極限（或條件屈服極限），設(shè)計上以屈服作為破壞準(zhǔn)則，建立設(shè)計許用值（基準(zhǔn)值或 "基準(zhǔn)值）。然而，復(fù)合材料的力學(xué)特性和破壞機(jī)理與金屬材料完全不同，復(fù)合材料設(shè)計許用值確定出現(xiàn)許多新問題，必須采用與金屬材料不同的原則和方法。現(xiàn)綜合國內(nèi)外研究結(jié)果和結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐經(jīng)驗，給出復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計許用值定義與確定的一般原則，以供參考。
一、許用值與設(shè)計許用值的定義與內(nèi)涵
層合結(jié)構(gòu)設(shè)計中，涉及單層、層合板、層合結(jié)構(gòu)三個層次的性能，與其相應(yīng)有材料工程常數(shù)、材料性能許用值和結(jié)構(gòu)設(shè)計許用值。
材料工程常數(shù)是指單層性能，即復(fù)合材料基本力學(xué)性能，由單向板或織物雙向板試樣試驗確定，共有 ，%，%，&%和 ’，’’，(，(’，)合計 *個性能數(shù)據(jù)。模量數(shù)據(jù)一般取典型值，與經(jīng)典層合板理論一起計算（預(yù)估）層合板剛度系數(shù)。強(qiáng)度數(shù)據(jù)一般取月基準(zhǔn)值，用于單層強(qiáng)度校核。此外，單層厚度（固化后）、熱膨脹系數(shù) " ，" %、濕膨脹系數(shù) ，%等物理性能，直接用于結(jié)構(gòu)設(shè)計分析。
許用值是材料性能許用值的簡稱。其定義是在一定的載荷與環(huán)境條件下，由層合板試樣、元件或細(xì)節(jié)件等試驗數(shù)據(jù)，經(jīng)統(tǒng)計分析后確定的，具有一定置信度和可靠度的性能表征值。許用值建立在層合板級上，主要描述或表征復(fù)合材料層合板級的性能。復(fù)合材料層合板是可設(shè)計的，多種多樣。因此，層合板級性能確定只能采用典型蒙皮類和梁、肋層合板試樣。試驗用于確定常溫和濕 +熱條件下層合板剛度和強(qiáng)度性能，以及缺陷 +損傷，特別是沖擊損傷對性能的影響。層合板（開口）應(yīng)力集中數(shù)據(jù)、擠壓性能和連接件性能，需通過元件或細(xì)節(jié)件試驗確定。層合板剛度數(shù)據(jù)用于校核層合板剛度計算值。層合板強(qiáng)度數(shù)據(jù)經(jīng)統(tǒng)計分析獲得許用值。許用值按拉伸、壓縮和面內(nèi)剪切不同載荷情況給出。連接性能數(shù)據(jù)用于連接設(shè)計許用值確定。
設(shè)計許用值是結(jié)構(gòu)設(shè)計許用值的簡稱。其定義為“保證整個結(jié)構(gòu)的完整性具有高置信度，在許用值的基礎(chǔ)上，由設(shè)計師規(guī)定的設(shè)計限制值”。設(shè)計許用值是結(jié)構(gòu)設(shè)計思想、設(shè)計要求的具體體現(xiàn)和設(shè)計師設(shè)計經(jīng)驗與教訓(xùn)的結(jié)晶。綜合層合板性能和典型結(jié)構(gòu)性能數(shù)據(jù)、設(shè)計要求、設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計師方可確定結(jié)構(gòu)設(shè)計許用值（設(shè)計許用應(yīng)變）。設(shè)計許用值的確定是否正確還必須由復(fù)合材料結(jié)構(gòu)試驗驗證，常用具有典型結(jié)構(gòu)特征的 ,加筋板試驗驗證并獲得結(jié)構(gòu)耐久性 +損傷容限特性和穩(wěn)定性等方面的數(shù)據(jù)支持。
復(fù)合材料許用值與設(shè)計許用值的定義與內(nèi)涵，充分體現(xiàn)了復(fù)合材料性能特點及
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其不同于金屬材料的破壞機(jī)理和結(jié)構(gòu)完整性要求，即：
（）復(fù)合材料應(yīng)力一應(yīng)變曲線直至突然斷裂之前，一直是線彈性的，沒有金屬材料的屈服現(xiàn)象。有些樹脂體系，在破壞之前會出現(xiàn)微裂紋；（"）樹脂基復(fù)合材料對濕 熱環(huán)境敏感；（）層合板剛度和強(qiáng)度是可設(shè)計的；（%）層合結(jié)構(gòu)對缺陷 損傷，特別是沖擊損傷十分敏感，其損傷容限和耐久性與金
屬材料完全不同；（&）復(fù)合材料結(jié)構(gòu)完整性研究直到 ’’(年 )月 *日頒布 +,-.—*/""+“飛機(jī)結(jié)構(gòu)通用規(guī)范”才形成較完善的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計損傷容限要求和耐久性要求。復(fù)合材料許用值與設(shè)計許用值的研究歷程回顧，請查閱參考文獻(xiàn)［’ 0%］。
二、設(shè)計許用應(yīng)變
金屬材料設(shè)計許用值以應(yīng)力表示，稱“許用應(yīng)力”。其定義為：“在各種工作條件下，為保證構(gòu)件正常使用允許的最大應(yīng)力”。因為，金屬材料是各向同性材料，而且在屈服應(yīng)力以下應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系呈線性關(guān)系，許用應(yīng)力和許用應(yīng)變是一致的。
由復(fù)合材料力學(xué)可知纖維增強(qiáng)復(fù)合材料與金屬材料完全不同，單層力學(xué)性能是各向異性的。縱向強(qiáng)度和模量比橫向強(qiáng)度和模量高出近兩個數(shù)量級，但縱向和橫向的破壞應(yīng)變卻在同一個數(shù)量級上，而且兩者相差較小。再有，由層合板理論可知層合板應(yīng)變沿厚度方向分布是線性的，但各單層的偏軸剛度不同，使其厚度方向應(yīng)力分布不規(guī)則。厚度相同，鋪層方向不同的層合板破壞應(yīng)力可以相差很大，而破壞應(yīng)變相差并不大，因此，層合結(jié)構(gòu)的設(shè)計許用值選擇應(yīng)變，而不是應(yīng)力表示，稱設(shè)計許用應(yīng)變。
三、設(shè)計許用應(yīng)變確定一般原則
恰當(dāng)確定設(shè)計許用應(yīng)變會使所設(shè)計結(jié)構(gòu)符合設(shè)計要求，又避免安全裕度過大，結(jié)構(gòu)過重而返工。設(shè)計許用應(yīng)變確定的基礎(chǔ)是材料性能許用值。在層合板級上確定材料性能許用應(yīng)變，首先要分析濕 熱、缺陷 損傷、孔等影響因素對層合板性能的影響程度。進(jìn)而，建立設(shè)計許用應(yīng)變確定一般原則。
典型層合板在單軸拉伸或壓縮載荷作用下，考慮最惡劣環(huán)境、缺陷、沖擊損傷和孔的影響試驗結(jié)果。表明：層合板拉伸強(qiáng)度主要影響因素是直徑 )1 "&22的孔；層合板壓縮強(qiáng)度主要影響因素是沖擊損傷和直徑 )1 "&22的孔。
據(jù)此，結(jié)構(gòu)設(shè)計許用應(yīng)變的確定：拉伸設(shè)計許用應(yīng)變確定以帶孔板干態(tài)拉伸試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)；壓縮設(shè)計許用應(yīng)變確定以目視勉強(qiáng)可檢沖擊損傷試樣濕 熱惡劣環(huán)境下試驗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)；剪切設(shè)計許用應(yīng)變確定以濕 熱惡劣環(huán)境條件下試樣試驗結(jié)果為基礎(chǔ)。實際上，純剪切應(yīng)力狀態(tài)為對角拉伸與壓縮組合；剪切應(yīng)變 （單位為弧度）可以
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用其對角線線應(yīng)變之和表示。設(shè)計許用應(yīng)變確定的一般原則：（）拉伸設(shè)計許用應(yīng)變主要考慮層合板開孔（" %&&孔徑）試樣、干冷條件下拉伸性能表征值，有時還考慮連接擠壓特性；
　
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