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1总论1

1.1概述1

1.2复合材料的发展及其在飞机结构中的应用2

1.2.1复合材料的发展概况2

1.2.2复合材料在飞机结构中的应用2

1.3复合材料结构的特点5

1.3.1结构性能方面5

1.3.2制造工艺方面9

1.4复合材料结构的成本10

1.4.1材料10

1.4.2制造技术10

1.4.3整体化设计与制造技术11

1.4.4充分利用复合材料优异的抗疲劳和耐腐蚀性能11

参考文献11

2强度设计要点和特点12

2.1飞机复合材料结构设计规范的演变12

2.1.1军机复合材料结构设计规范的发展12

2.1.2民机复合材料结构适航文件的发展13

2.2复合材料结构设计要点15

2.2.1设计特点15

2.2.2设计-分析-制造优化途径15

2.2.3应避免的问题15

2.2.4适航审定15

2.2.5整体化结构的设计流程16

2.3复合材料结构强度设计要点16

2.3.1材料/工艺16

2.3.2许用值和设计值17

2.3.3静强度设计17

2.3.4耐久性17

2.3.5损伤容限18

2.3.6验证试验18

2.3.7结论18

参考文献19

3许用值和设计值20

3.1许用值和设计值术语的演变20

3.2许用值和设计值的定义和范畴21

3.2.1许用值21

3.2.2设计值23

3.2.3许用值试验要求的环境条件24

3.2.4总结24

3.3许用值与设计值的关系25

3.4国外飞机复合材料结构设计值的确定方法25

3.4.1早期设计值的确定方法25

3.4.2 20世纪70～80年代的研究概况26

3.4.3确定拉伸和压缩设计值的一般方法27

3.5许用值及其确定28

3.5.1概述28

3.5.2确定许用值的路线图28

3.5.3试验矩阵29

3.5.4试验方法和试验数据的处理方法36

3.5.5许用值确定方法38

3.5.6不同结构研制阶段和关键程度的许用值试验要求40

3.6确定结构设计值的方法42

3.6.1基本原则42

3.6.2尺寸效应和边界支持的影响43

3.7有关冲击损伤的研究新进展44

3.7.1结构压缩设计值和复合材料体系的抗冲击性能44

3.7.2复合材料层压板抗冲击行为及表征方法46

3.7.3关于BVID和VID对应的剩余强度要求50

3.7.4空客公司CAI的确定方法50

3.8湿热环境影响51

3.8.1聚合物基复合材料的吸湿和平衡吸湿量51

3.8.2影响范围51

3.8.3湿热对玻璃化转变温度的影响52

3.8.4湿热对力学性能的影响53

附录3A确定设计许用值的计算范例55

3A.1层压板强度毯式曲线计算范例55

3A.2含缺口层压板强度毯式曲线计算范例57

3A.3机械连接挤压强度许用值计算范例59

附录3B ASTM D30标准目录60

附录3C力学性能测试数据的处理方法63

3C.1异常数据的处理63

3C.2正则化63

3C.3 B基准值计算过程简述64

附录3D得到设计许用值的参考方法和数据66

3D.1基本思路66

3D.2无缺口多向层压板的性能67

3D.3影响开孔强度的各种因素68

3D.4算例69

附录3E试样吸湿试验方法70

3E.1试样吸湿试验方法70

3E.2有效吸湿平衡状态的定义71

3E.3试验标准的选用71

3E.4影响吸湿量的因素72

参考文献74

4静强度设计与验证75

4.1概述75

4.2结构静强度设计要点76

4.3结构静强度验证试验78

4.3.1试验目的和特点78

4.3.2全尺寸部件试验件的状态79

4.3.3重复载荷和环境条件叠加的疲劳对静强度的影响79

4.3.4材料分散性的考虑80

4.3.5全尺寸部件试验环境影响的处理方法81

4.3.6环境补偿因子的确定方法83

4.3.7结构吸湿试验方法84

4.3.8静强度验证试验提前破坏的实例85

附录4A一般设计准则88

4A.1一般结构设计88

4A.2夹层结构设计90

4A.3螺接连接91

4A.4胶接连接93

4A.5复合材料与金属的斜面搭接连接95

4A.6复合材料与金属的连续连接95

4A.7复合材料与复合材料的斜面搭接连接95

参考文献96

5耐久性设计与验证97

5.1概述97

5.2耐久性设计要点97

5.3复合材料结构耐久性中经常提及的几个概念98

5.3.1静力覆盖疲劳98

5.3.2冲击损伤阻抗99

5.3.3胶接结构的耐久性100

5.4耐久性设计要求100

5.4.1概述100

5.4.2工具坠落100

5.4.3冰雹和跑道碎石冲击101

5.4.4操作和踩踏101

5.4.5可拆卸的夹层结构要求101

5.5复合材料及其结构的疲劳特性102

5.5.1层压板的疲劳特性102

5.5.2结构件的疲劳特性102

5.6耐久性分析104

5.6.1概述104

5.6.2疲劳寿命估算方法104

5.7耐久性试验验证108

5.7.1基本原则108

5.7.2载荷/环境谱108

5.7.3环境影响的处理方法109

5.7.4疲劳寿命分散性110

5.7.5试验件的状态113

5.7.6复合材料/金属混合结构的耐久性验证113

附录5A复合材料的分散性和载荷放大系数法114

5A.1 Weibull分布114

5A.2 Weibull分布的B基准115

5A.3寿命分散系数116

5A.4载荷放大系数117

参考文献118

6损伤容限设计与验证120

6.1概述120

6.2损伤容限设计要求121

6.2.1复合材料飞机结构损伤容限设计要求的演变121

6.2.2军用飞机复合材料结构124

6.2.3民用飞机复合材料结构126

6.2.4关于BVID和VID对应的剩余强度要求128

6.3对民机复合材料结构的损伤容限评定策略129

6.3.1复合材料结构的损伤类别129

6.3.2对AC 20-107B有关条款的理解131

6.3.3损伤容限评定132

6.4民机复合材料结构损伤容限符合性方法134

6.4.1确定性符合性方法134

6.4.2概率或半概率符合性方法136

6.4.3确定性方法和概率方法的比较141

6.5缺陷/损伤类型及其对强度的影响141

6.5.1按产生时机表征的缺陷/损伤141

6.5.2用物理缺陷表征的损伤142

6.5.3缺陷/损伤影响的强度评定143

6.6目视检测在损伤容限设计中的地位及相关的定义147

6.6.1目视检测在损伤容限设计中的地位147

6.6.2目视检测的定义和类型147

6.7波音复合材料主结构的损伤容限原理149

6.7.1一般原理149

6.7.2冲击损伤假设和剩余强度要求151

6.8空客的损伤容限原理151

6.8.1概述151

6.8.2符合性流程图152

6.8.3损伤可检性154

6.8.4对飞机实际可能遇到的冲击能量威胁157

6.9损伤容限分析方法160

6.9.1缺口敏感性和适用的失效判据160

6.9.2含缺口层压板剩余强度估算方法160

6.9.3含冲击损伤层压板压缩剩余强度估算方法163

6.9.4含分层层压板剩余强度估算方法164

6.9.5含缺陷/损伤层压加筋板剩余强度估算方法164

6.10损伤容限试验技术165

6.10.1冲击损伤引入技术165

6.10.2雷击损伤的模拟166

6.10.3结构验证试验的无损检测（NDI）166

参考文献168

7积木式结构设计验证试验170

7.1概述170

7.2基本原理与假设173

7.3积木式验证试验的要求173

7.3.1一般方法173

7.3.2技术验证样机174

7.3.3工程制造发展型和生产型的飞机177

7.4积木式验证方法179

7.4.1鉴定方法179

7.4.2积木式方法179

7.5 B777飞机复合材料主结构的积木式方法185

7.5.1引言185

7.5.2试样和元件185

7.5.3组合件187

7.5.4部件188

7.5.5 B777预生产型安定面试验188

7.5.6安定面根部接头试验190

7.5.7 B777水平安定面试验190

7.5.8 B777垂直安定面试验190

7.6 ATR72复合材料外翼的适航取证191

7.6.1概述191

7.6.2 ATR72外翼的适航取证193

7.6.3结论204

参考文献204

8全尺寸复合材料结构验证试验205

8.1概述205

8.2复合材料结构的疲劳性能205

8.2.1目前的设计水平和结构的疲劳性能205

8.2.2受冲击复合材料的疲劳性能206

8.3波音公司全尺寸结构验证试验方法207

8.3.1 B7J7水平安定面盒段207

8.3.2 B777预生产型水平安定面208

8.3.3 B787预生产型水平安定面210

8.4空客公司的全尺寸结构验证试验方法212

8.4.1复合材料结构疲劳和损伤容限试验原则212

8.4.2 A320-100复合材料全尺寸验证试验217

8.5对金属/复合材料混合结构验证试验的考虑219

8.6载荷-寿命-损伤（LLD）混合验证方法简介220

参考文献225

附录A材料力学性能表征226

A.1引言226

A.2设计选材和材料标准的力学性能表达226

A.2.1概述226

A.2.2材料筛选用力学性能表达226

A.2.3材料标准及其力学性能表达228

A.3材料的鉴定233

A.3.1概述233

A.3.2新材料鉴定路线图234

A.3.3鉴定计划234

A.4材料等同性评定239

A.4.1概述239

A.4.2等同材料的变更分类240

A.4.3替代材料241

A.4.4材料等同性评定方法241

A.5 NCAMP简介250

A.5.1复合材料许用值及其数据库现状250

A.5.2 NCAMP复合材料共享数据库简介251

A.5.3 NCAMP的组织架构253

A.5.4 NCAMP的核心文件254

A.5.5材料鉴定和性能数据获取及等同性评定程序255

A.5.6采用NCAMP程度的优点256

参考文献257

附录B咨询通报AC 20-107B复合材料飞机结构259

1.本咨询通报的目的259

2.本咨询通报的应用对象259

3.撤销259

4.有关规章259

5.总则259

6.材料和制造研发260

7.结构验证——静力264

8.结构验证——疲劳和损伤容限267

9.结构验证——颤振和其他气动弹性不稳定性274

10.持续适航275

11.其他考虑277

附录B1适用的规章和有关的指南281

1适用的规章281

2指南282

附录B2定义283

附录B3复合材料和/或工艺的变化285