复合材料手册 3 聚合物基复合材料 材料应用、设计和分析PDF电子书下载

第1章 总论 1

1.1 手册介绍 1

1.2 手册内容概述 1

1.3 第3卷的目的和范围 3

1.4 材料取向编码 3

1.4.1 层压板取向编码 3

1.4.1.1 铺层顺序记号 3

1.4.1.2 铺层百分比记号 4

1.4.2 编织物取向编码 5

1.5 符号、缩写及单位制 5

1.5.1 符号及缩写 6

1.5.1.1 组分的性能 11

1.5.1.2 单层与层压板 12

1.5.1.3 下标 13

1.5.1.4 上标 14

1.5.1.5 缩写词 15

1.5.2 单位制 18

1.6 定义 19

参考文献 42

第2章 复合材料结构研制概述 43

2.1 引言 43

2.1.1 为什么复合材料是不同的 43

2.1.2 不同的研制方法 44

2.1.3 本章的局限性 45

2.2 复合材料的力学行为 45

2.2.1 材料术语和坐标系 45

2.2.2 材料级力学性能 46

2.2.3 铺层顺序问题 47

2.2.4 环境影响 49

2.2.5 损伤的影响 50

2.2.6 变异性问题 51

2.2.7 设计用力学性能 52

2.3 材料的选择 53

2.3.1 结构材料 53

2.3.1.1 纤维类型 53

2.3.1.2 复合材料的形式 54

2.3.1.3 树脂类型 54

2.3.1.4 纤维形式 55

2.3.1.5 胶黏剂类型 56

2.3.1.6 夹层材料类型 57

2.3.2 附属材料 57

2.3.3 材料选择考虑的因素 59

2.4 制造工艺的选择 61

2.4.1 工艺步骤和方法 61

2.4.2 模具成形方法 65

2.4.3 质量保证过程 66

2.4.4 工艺选择的考虑因素 68

2.5 结构概念 69

2.5.1 基本结构类型 69

2.5.2 连接类型 70

2.5.3 零件的装配 72

2.5.4 整体化的大型复合材料结构 73

2.5.5 装配成完整的结构 74

2.6 缺陷和损伤问题 75

2.6.1 一般缺陷和损伤的考虑 76

2.6.2 缺陷和损伤来源 76

2.6.2.1 制造来源 76

2.6.2.2 使用损伤来源 77

2.6.3 缺陷和损伤特性 77

2.6.4 使用中缺陷和损伤的检测 78

2.6.5 设计和开发过程中缺陷和损伤的处理 79

2.6.5.1 总体设计和研发的考虑 79

2.6.5.2 具体的设计思路和方法 80

2.6.5.3 飞机检查程序的制定：冲击评估 81

2.7 寿命的考虑 82

2.7.1 环境退化 82

2.7.2 维护问题 82

2.7.3 与“任务谱”变化有关的问题 82

2.7.4 环境管理 83

2.8 发展规划纲要 83

参考文献 84

第3章 飞机结构取证和符合性 86

3.1 引言 86

3.1.1 概述（背景） 86

3.1.2 目的和范围 87

3.2 认证考虑 87

3.2.1 产品研发（初始适航） 87

3.2.2 持续适航 88

3.2.3 产品改型（变更的产品） 89

3.2.4 具有资质的工作人员和团队 90

3.3 规章 91

3.3.1 结构、设计和构型 91

3.3.2 产品批准 94

3.3.3 持续适航（维护） 95

3.4 设计验证 96

3.4.1 设计和工艺文件 96

3.4.2 材料／胶黏剂鉴定 97

3.4.3 环境暴露和液体相容性 98

3.4.4 结构胶接 99

3.4.5 模具和零件固化 100

3.4.6 生产中出现的缺陷 101

3.4.7 结构一致性工艺 101

3.4.8 结构验证（静强度和损伤容限） 102

3.4.9 颤振验证（气动弹性稳定性） 106

3.4.10 防火，阻燃和热问题 106

3.4.11 闪电防护 107

3.4.12 耐坠损性 108

3.5 生产——必需的 109

3.5.1 生产实施 109

3.5.2 制造质量控制 110

3.5.3 缺陷处理和制造记录 114

3.5.4 生产过程变更 114

3.6 维护——技术问题 115

3.6.1 修理设计和工艺验证 115

3.6.2 团队合作和处置 116

3.6.3 损伤检出和表征 118

3.6.4 修理工艺（螺接和胶接） 120

3.7 指南和报告 121

3.7.1 咨询通报 121

3.7.2 政策声明 124

3.7.3 技术报告 124

第4章 复合材料结构的积木式方法 126

4.1 引言与原理 126

4.2 基本原理与假设 130

4.2.1 降低风险 131

4.3 方法 131

4.3.1 失效模式 132

4.3.2 分析 133

4.3.3 材料评定与许用值（试样级） 134

4.3.4 设计细节许用值（元件试验级） 134

4.3.5 关键结构的预生产保证（组合件试验级） 134

4.3.6 全尺寸结构验证——部件级试验 135

4.3.6.1 全尺寸静力试验 135

4.3.6.2 全尺寸飞机的耐久性和损伤容限试验 136

4.4 具体应用考虑 136

4.4.1 飞机原型 136

4.4.1.1 对DoD/NASA原型飞机结构生成的聚合物基复合材料许用值 136

4.4.1.2 DoD/NASA原型飞机的PMC复合材料积木式结构研发 139

4.4.1.3 DoD/NASA原型复合材料飞机结构的许用值和积木式试验任务小结 143

4.4.2 工程制造发展（EMD）飞机和生产型飞机 144

4.4.2.1 DoD/NASA工程制造发展型和生产型飞机结构PMC复合材料许用值的生成 144

4.4.2.2 DOD/NASA工程制造发展型EMD和生产型飞机的PMC复合材料积木式结构研发 146

4.4.2.3 DoD/NASA工程制造发展型EMD和生产型复合材料飞机结构许用值和积木式试验任务小结 152

4.4.3 商用飞机 152

4.4.3.1 引言 152

4.4.3.2 积木式方法 153

4.4.3.3 复合材料路线图 155

4.4.3.4 商用的积木式方法 156

4.4.3.5 A组，材料性能的确定 157

4.4.3.6 B组，确定设计值 158

4.4.3.7 C组，分析验证 161

4.4.3.8 波音777飞机复合材料主结构的积木式方法 161

4.4.4 公务飞机和私人飞机 168

4.4.4.1 高性能飞机 168

4.4.4.2 轻型飞机和微型机 172

4.4.5 旋翼飞机 172

4.4.5.1 设计许用值试验 174

4.4.5.2 设计研发试验 176

4.4.5.3 全尺寸验证试验 178

4.4.6 运载火箭和宇宙飞船 181

4.5 特定工艺和材料形式的特殊考虑和变化 183

4.5.1 室温 183

参考文献 183

第5章 材料和工艺——变异性对复合材料性能的影响 185

5.1 引言 185

5.2 目的 186

5.3 范围 186

5.4 组分材料 187

5.4.1 纤维 187

5.4.1.1 碳和石墨纤维 187

5.4.1.2 芳纶 189

5.4.1.3 玻璃 192

5.4.1.4 硼 198

5.4.1.5 氧化铝 199

5.4.1.6 碳化硅 200

5.4.1.7 石英 202

5.4.1.8 超高分子量聚乙烯 205

5.4.2 树脂 208

5.4.2.1 概述 208

5.4.2.2 环氧 208

5.4.2.3 聚酯（热固性） 208

5.4.2.4 酚醛 209

5.4.2.5 双马来酰亚胺 209

5.4.2.6 聚酰亚胺 210

5.4.2.7 热塑性材料 211

5.4.2.8 特种与新型树脂体系 214

5.5 产品成形工艺 215

5.5.1 织物和预成形件 215

5.5.1.1 机织物 215

5.5.2 预浸渍的形式 217

5.5.2.1 预浸无捻粗纱 217

5.5.2.2 预浸带 217

5.5.2.3 预浸织物和预成形件 218

5.5.2.4 预压实热塑性塑料片材 219

5.5.3 定义生产使用时材料的“批料”或“批次”的详细指南 219

5.6 装运和贮存过程 221

5.6.1 包装 221

5.6.2 运输 221

5.6.3 打开包装与贮存 221

5.7 制造工艺 221

5.7.1 手工铺贴 221

5.7.2 自动铺带／单向带自动铺叠 223

5.7.2.1 背景 223

5.7.2.2 效益／能力 223

5.7.2.3 变异性来源 224

5.7.3 自动铺丝／纤维铺放 224

5.7.3.1 背景 224

5.7.3.2 纤维铺放工艺流程 225

5.7.3.3 效益／能力 226

5.7.3.4 材料产品形式 226

5.7.3.5 专门考虑的问题 228

5.7.4 编织 230

5.7.5 纤维缠绕 231

5.7.6 拉挤 232

5.7.7 夹层结构 232

5.7.8 胶黏剂胶接 233

5.7.9 预结合水分 234

5.7.10 胶接质量 235

5.8 固化和压实工艺 239

5.8.1 真空袋成形 239

5.8.2 固化炉固化 239

5.8.3 热压罐固化工艺 240

5.8.3.1 一般说明 240

5.8.3.2 变异性来源 240

5.8.4 模压成形 241

5.8.5 整体加热模具 241

5.8.6 拉挤型模固化和压实 241

5.8.7 树脂传递模塑（RTM） 242

5.8.8 热成形 245

5.9 装配工艺 246

5.10 工艺过程控制 246

5.10.1 通用工艺过程控制方案 246

5.10.1.1 经验方法 247

5.10.1.2 基于传感器的主动控制 247

5.10.1.3 基于模型的被动控制 247

5.10.2 实例——热固性复合材料的热压罐固化 247

5.10.2.1 固化度 248

5.10.2.2 黏度 249

5.10.2.3 树脂压力 249

5.10.2.4 空隙预防措施 250

5.10.2.5 流动 250

5.11 制订材料与工艺规范 251

5.11.1 规范的类型 251

5.11.1.1 材料规范 251

5.11.1.2 工艺规范——控制终端产品 251

5.11.2 规范的格式 251

5.11.2.1 范围 251

5.11.2.2 适用文件 251

5.11.2.3 技术要求／工艺过程控制 252

5.11.2.4 验收检验和鉴定试验 252

5.11.2.5 交付 252

5.11.2.6 说明 252

5.11.2.7 批准的来源及其他 252

5.11.3 规范示例 252

5.11.3.1 行业规范 253

5.11.3.2 军用规范 253

5.11.4 结构管理 253

5.12 确定复合材料鉴定时的变异源 253

5.12.1 引言 253

5.12.1.1 除批次外来自其他来源的复合材料性能变异性 255

5.12.1.2 常规鉴定方法和许用值计算 256

5.12.2 嵌套式鉴定方法的发展和应用 257

5.12.2.1 研发背景 257

5.12.2.2 碳纤维／环氧树脂鉴定方法 262

5.12.2.3 数据审查 264

5.12.2.4 数据分析 268

5.12.2.5 嵌套式实验进展的回顾和结论 271

5.12.3 用回归法进行嵌套式鉴定数据许用值计算实例 272

5.12.4 供应商C制造供应商A材料的鉴定 275

5.12.4.1 引言 275

5.12.4.2 鉴定计划 276

5.12.4.3 工艺批的热压罐固化程序 280

5.12.4.4 工艺和试验批进度 280

5.12.4.5 供应商C S2 G/Ep材料的变异源 290

5.12.4.6 总结 292

5.12.5 使用嵌套式方法的设计许用值 293

5.12.6 嵌套式鉴定成本问题 294

5.12.7 总结 302

参考文献 303

第6章 生产用材料与工艺的质量控制 307

6.1 引言 307

6.2 材料采购质量保证程序 307

6.2.1 规范和文件 307

6.2.2 供应商阶段的材料控制 308

6.2.2.1 工艺过程控制文件（PCD） 308

6.2.2.2 统计过程控制（SPC） 308

6.2.2.3 交付试验 309

6.2.3 用户阶段的材料控制 310

6.2.3.1 批次验收／来料检验 310

6.2.3.2 贮存期和外置时间控制 311

6.3 零件制造检验 311

6.3.1 工艺过程检验 311

6.3.2 无损检测（NDI） 312

6.3.3 破坏性试验（DT） 313

6.3.3.1 背景 313

6.3.3.2 用途 313

6.3.3.3 破坏性试验方法 314

6.3.3.4 实施指南 314

6.3.3.5 试验类型 315

6.4 材料和工艺过程变化的处理 316

6.4.1 引言 316

6.4.2 新材料或工艺过程的鉴定 316

6.4.2.1 问题说明 316

6.4.2.2 业务情况 316

6.4.2.3 差异与风险 316

6.4.2.4 技术上的可接受性 318

6.4.2.5 许用值的建立和等同性确认 318

6.4.2.6 生产准备状态 318

6.4.2.7 经验教训 318

6.4.3 差异和风险 319

6.4.3.1 差异 319

6.4.3.2 风险评估 321

6.4.3.3 风险分析 322

6.4.4 生产准备状态 322

6.5 改进工艺的统计工具 323

6.5.1 工艺反馈调整 324

6.5.2 实验设计 326

6.5.3 Taguchi 332

参考文献 332

第7章 复合材料设计 333

7.1 与复合材料设计相关的特有问题 333

7.2 设计过程 334

7.3 材料和工艺的选择 334

7.3.1 材料的选择 335

7.3.2 制造工艺的选择 336

7.3.3 质量控制 336

7.3.4 可生产性 336

7.3.5 模具 336

7.3.6 环境的影响 336

7.4 结构概念 336

7.4.1 层压板、夹层结构和加筋结构 336

7.4.2 铺层选择 336

7.4.3 剪裁特性 336

7.5 零件详细设计 337

7.5.1 弹性特性 338

7.5.2 层压板设计考虑 338

7.5.3 热相容性／低热膨胀系数（CTE） 339

7.5.4 复合材料／金属界面 339

7.5.5 保障设计 339

7.5.6 连接设计 339

7.5.6.1 机械紧固件连接 339

7.5.6.2 胶接连接 340

7.5.7 损伤阻抗／损伤容限 342

7.5.8 耐久性 342

7.5.9 雷击 342

7.6 优化 342

7.7 经验教训 342

参考文献 355

第8章 层压板分析 357

8.1 引言 357

8.2 单层的基本性能和细观力学 357

8.2.1 假设 358

8.2.1.1 材料的均质性假设 358

8.2.1.2 材料的正交各向异性假设 358

8.2.1.3 材料的线性假设 358

8.2.1.4 残余应力 358

8.2.2 纤维（增强）复合材料：应力-应变性能 358

8.2.2.1 弹性性能 358

8.2.2.2 黏弹性性能 358

8.2.3 纤维（增强）复合材料：物理性能 359

8.2.3.1 热膨胀和湿膨（泡）胀 359

8.2.3.2 热传导和湿扩散 360

8.2.4 厚板复合材料三维单层性能 360

8.3 层压板刚度分析 360

8.3.1 层压板理论 360

8.3.2 层压板的性能 361

8.3.2.1 薄膜应力 361

8.3.2.2 弯曲 363

8.3.2.3 热膨胀 366

8.3.2.4 湿膨胀 367

8.3.2.5 传导 367

8.3.3 模量值在分析中的应用 367

8.3.4 湿热分析 368

8.3.4.1 对称层压板 369

8.3.4.2 非对称层压板 369

8.3.5 厚板复合材料三维单层性能 370

8.4 层压板面内应力分析 370

8.4.1 机械载荷引起的应力 370

8.4.2 由温度和湿度引起的应力 371

8.4.3 网格分析 373

8.4.4 非线性应力分析 375

8.5 一般层压板强度估算 376

8.5.1 单层强度和失效模式 376

8.5.1.1 轴向拉伸强度 377

8.5.1.2 轴向压缩强度 379

8.5.1.3 基体模式的强度 381

8.5.2 层压板级失效模式 383

8.5.2.1 拉伸 383

8.5.2.2 压缩 384

8.5.2.3 基体裂纹 385

8.5.3 单向带横向拉伸性能的影响 386

8.5.4 铺层顺序对强度的影响 386

8.5.5 由单层强度到层压板强度 387

8.6 层压板面内强度估算 388

8.6.1 从单层到层压板的分析方法 390

8.6.1.1 初始层失效 390

8.6.1.2 后续失效 394

8.6.2 纤维失效分析方法（层压板级失效） 394

8.6.2.1 最大应变理论用于玻璃纤维复合材料 394

8.6.2.2 缩减最大应变理论用于碳纤维复合材料 395

8.6.2.3 用最大应变理论估算强度 397

8.6.3 应力集中处层压板强度估算 398

8.7 层内与层间应力及失效分析 401

8.7.1 面外载荷 401

8.7.2 层间应力 401

8.7.2.1 边缘效应 402

8.7.2.2 层厚突变 403

8.7.2.3 弯曲层压板中的层间应力 403

8.7.3 分层 403

8.7.3.1 压缩 405

8.7.4 应变能释放率断裂力学计算 406

8.7.4.1 引言 406

8.7.4.2 确定应变能释放率的主要步骤 408

8.7.4.3 计算G 411

8.7.4.4 模式混合的确定 415

8.7.4.5 二维和三维的实际应用 416

参考文献 417

第9章 结构稳定性分析 426

9.1 引言 426

9.2 压缩屈曲和压损 426

9.2.1 平板的屈曲 426

9.2.1.1 引言 426

9.2.1.2 初始屈曲 427

9.2.1.3 单轴载荷——所有边简支的长平板 427

9.2.1.4 单轴载荷——所有边固支的长平板 429

9.2.1.5 单轴载荷——三边简支、一非受载边自由的长平板 429

9.2.1.6 单轴和双轴载荷——所有边简支的平板 429

9.2.1.7 单轴载荷——加载边简支、非加载边固支的平板 430

9.2.1.8 铺层顺序对屈曲的影响 430

9.2.2 压缩后屈曲和压损 433

9.2.2.1 分析模型 436

9.2.2.2 压损曲线的确定 438

9.2.2.3 筋条压损强度的确定 439

9.2.2.4 转角半径和填充料的影响 441

9.2.2.5 细长比修正 441

9.2.2.6 疲劳影响 442

9.2.3 小结 442

9.3 剪切屈曲 442

9.4 加筋壁板的稳定性 442

参考文献 442

第10章 连接的结构特性 444

10.1 背景 444

10.2 引言 445

10.3 胶接连接设计 446

10.3.1 被胶接件厚度的影响：被胶接件破坏与胶接破坏的关系 446

10.3.2 连接几何形状的影响 447

10.3.3 被胶接件刚度不匹配的影响 448

10.3.4 胶黏剂韧性响应的影响 448

10.3.5 复合材料被胶接件的性能 450

10.3.6 胶接缺陷的影响 451

10.4 胶接连接的应力分析 452

10.4.1 胶黏剂的一般应力 452

10.4.1.1 胶黏剂剪应力 453

10.4.1.2 剥离应力 457

10.4.2 等厚度被胶接件的单搭接和双搭接 459

10.4.2.1 胶层在弹性响应范围内的连接特性 459

10.4.2.2 热应力影响 467

10.4.2.3 塑性对连接应力的影响 469

10.4.2.4 复合材料被胶接件横向剪切和铺层顺序的影响 472

10.4.3 斜削和多阶梯被胶接件 473

10.4.4 T连接 482

10.4.5 有限元建模 482

10.4.5.1 重要性和挑战 482

10.4.5.2 应力分析例子 483

10.4.5.3 结论摘要 485

10.5 胶接连接的断裂分析 485

10.6 胶接连接耐久性 486

参考文献 488

第11章 螺栓连接设计和分析 492

11.1 背景 492

11.2 引言 493

11.3 螺栓连接分析 493

11.3.1 连接中的载荷分配 493

11.3.2 螺栓连接局部破坏分析 496

11.3.3 失效准则 501

11.4 螺栓连接设计 502

11.4.1 几何形状 502

11.4.2 铺贴和铺层顺序 502

11.4.3 紧固件选择 502

11.5 螺栓连接疲劳 503

11.5.1 载荷模式的影响 504

11.5.2 连接几何形状的影响 504

11.5.3 接头接触细节的影响 505

11.5.4 层压板铺层比例的影响 505

11.5.5 环境的影响 505

11.5.6 试件厚度的影响 505

11.5.7 剩余强度 506

11.6 试验验证 506

参考文献 507

第12章 损伤阻抗、耐久性和损伤容限 510

12.1 概述 510

12.1.1 原理 511

12.1.2 复合材料相关条款 512

12.1.3 飞机损伤容限 512

12.1.4 通用指南 514

12.2 飞机条例、要求和符合性 515

12.2.1 民航条例和指南 516

12.2.1.1 含损伤结构静强度 517

12.2.1.2 损伤容限和疲劳 518

12.2.2 损伤类型 523

12.2.2.1 第一类损伤 523

12.2.2.2 第二类损伤 524

12.2.2.3 第三类损伤 524

12.2.2.4 第四类损伤 524

12.2.2.5 第五类损伤 524

12.2.2.6 影响损伤分类的因素 525

12.2.3 载荷和损伤的关系 525

12.2.4 符合性方法 528

12.2.4.1 确定性符合性方法 529

12.2.4.2 概率或半概率符合性方法 533

12.3 设计的发展和验证 537

12.3.1 损伤设计准则 537

12.3.1.1 第一类损伤 537

12.3.1.2 第二类损伤 538

12.3.1.3 第三类损伤 539

12.3.1.4 第四类损伤 539

12.3.1.5 未定义事件造成的大型损伤 539

12.3.2 验证 539

12.3.2.1 第一类损伤 540

12.3.2.2 第二类损伤 540

12.3.2.3 第三类损伤 541

12.3.2.4 第四类损伤 541

12.3.2.5 全尺寸试验 541

12.3.3 第五类损伤的处理 545

12.3.4 附加的设计研发指南 547

12.4 缺陷和损伤检测 547

12.4.1 飞机服役期检测程序 548

12.4.2 损伤检测数据的研发 549

12.4.3 检测计划研发 550

12.4.4 环境退化和意外损伤评级系统 551

12.4.5 机群领先飞机计划 552

12.4.6 检出概率研究 552

12.5 损伤阻抗 552

12.5.1 影响因素 553

12.5.1.1 对以前冲击研究结果的概述 553

12.5.1.2 穿透冲击 555

12.5.1.3 高速冲击 557

12.5.1.4 材料类型和形式的影响 557

12.5.1.5 损伤的深度 558

12.5.1.6 层压板厚度的影响 559

12.5.1.7 结构尺寸影响 561

12.5.1.8 夹芯结构 563

12.5.2 设计问题和指南 565

12.5.2.1 用对冲击的研究来确定关键损伤 566

12.5.2.2 结构布置和设计细节 566

12.5.2.3 机械冲击 567

12.5.2.4 鸟撞 567

12.5.2.5 地面冰雹 567

12.5.2.6 飞行冰雹 569

12.5.2.7 雷击 570

12.5.2.8 操作和踩踏载荷 570

12.5.2.9 外露的边缘 572

12.5.2.10 液体渗入 572

12.5.2.11 过热 572

12.5.2.12 老化 572

12.5.2.13 化学污染 572

12.5.2.14 修理拆卸 572

12.5.3 试验问题 572

12.5.4 分析方法 572

12.6 耐久性和循环载荷下的损伤扩展 572

12.6.1 影响因素 572

12.6.1.1 循环应力比R和谱效应 573

12.6.1.2 环境 573

12.6.2 设计问题和指南 573

12.6.2.1 设计细节 573

12.6.2.2 损伤容限的若干考虑 574

12.6.3 试验问题 574

12.6.3.1 复合材料的分散性分析 575

12.6.3.2 寿命因子方法 579

12.6.3.3 利用分散性分析的载荷放大因子 581

12.6.3.4 极限强度方法 586

12.6.3.5 谱的截除和截取 587

12.6.3.6 试验环境 589

12.6.3.7 损伤扩展 589

12.6.4 分析方法 590

12.6.4.1 耐久性和损伤起始分析 590

12.6.4.2 损伤扩展分析 597

12.6.4.3 累积寿命预测 600

12.7 剩余强度 601

12.7.1 影响因子 601

12.7.1.1 损伤阻抗与剩余强度的关系 601

12.7.1.2 带冲击损伤的结构 601

12.7.1.3 带有穿透损伤的结构 610

12.7.2 设计内容和指南 620

12.7.2.1 铺层顺序 620

12.7.2.2 夹层结构 620

12.7.3 试验内容 620

12.7.3.1 试样冲击试验 621

12.7.3.2 加筋板冲击试验 621

12.7.3.3 夹层板冲击试验 621

12.7.3.4 加筋板大型穿透损伤试验 621

12.7.3.5 夹层板大型穿透损伤试验 621

12.7.4 分析方法 621

12.7.4.1 大尺寸穿透损伤 621

12.7.4.2 单一分层和脱胶 628

12.7.4.3 冲击损伤 632

12.7.4.4 切口和凹槽 636

12.8 应用／实例 637

12.8.1 旋翼机 637

12.8.1.1 损伤 637

12.8.1.2 环境 637

12.8.1.3 与关键失效模式有关的试验加载条件 637

12.8.1.4 试验载荷——载荷放大因子（LEF） 638

12.8.1.5 谱截除 638

12.8.1.6 剩余强度试验 638

12.8.2 商用飞机（波音777尾翼扭力盒段） 639

12.8.2.1 耐久性-环境 639

12.8.2.2 耐久性-机械载荷 639

12.8.2.3 损伤 640

12.8.2.4 损伤容限-“无扩展”试验 640

12.8.2.5 损伤容限-剩余强度 641

12.8.2.6 检测计划 642

12.8.3 通用航空（Raytheon星舟号） 642

12.8.3.1 引言 642

12.8.3.2 损伤容限评估 643

12.8.3.3 使用经历 648

12.8.3.4 结论 649

12.9 支持性说明 650

12.9.1 符合性 650

12.9.1.1 飞机实际可能遇到的冲击能量威胁 650

12.9.2 损伤阻抗 652

12.9.2.1 编制冰雹威胁分布 652

12.9.3 耐久性和损伤扩展 653

12.9.3.1 耐久性和损伤起始实例研究 653

12.9.3.2 损伤扩展实例研究 656

12.9.4 剩余强度 658

12.9.4.1 无构型缺口强度封闭预测方法的比较 658

12.9.4.2 为确定Mar-Lin参数Hc和n的NASA/Boeing ATCAS方法 661

12.9.4.3 利用构型因子预测结构损伤容限的实例 662

12.9.4.4 与实施应变-软化相关的问题 665

12.9.4.5 应变-软化在缺口压缩中的应用 668

12.9.4.6 R曲线实例 669

参考文献 671

第13章 缺陷、损伤和检测 686

13.1 缺陷和损伤 686

13.1.1 缺陷和损伤的起源 686

13.1.1.1 制造和修理 686

13.1.1.2 使用 687

13.1.2 损伤类型 688

13.1.2.1 基体瑕疵 688

13.1.2.2 分层和脱胶 689

13.1.2.3 纤维断裂 689

13.1.2.4 裂纹 690

13.1.2.5 刻痕、划伤和坑槽 690

13.1.2.6 凹痕 690

13.1.2.7 贯穿 690

13.1.2.8 受损伤紧固件孔 690

13.1.2.9 磨蚀 690

13.1.2.10 热损伤 690

13.1.2.11 雷击损伤 691

13.1.2.12 组合损伤 691

13.1.2.13 由液体侵入夹层壁板造成的损伤 691

13.2 检测方法 691

13.2.1 无损检测 691

13.2.1.1 目视检测 691

13.2.1.2 敲击试验／兰姆波 692

13.2.1.3 超声检测 692

13.2.1.4 X射线照相 694

13.2.1.5 剪切成像法 695

13.2.1.6 热成像法 696

13.2.1.7 湿度计 697

13.2.1.8 胶接试验器 697

13.2.1.9 涡流法 697

13.2.2 破坏检测 697

13.2.3 实例 698

13.2.3.1 目测检查 698

13.2.3.2 超声波检测 699

13.2.3.3 X射线照相 701

13.2.3.4 剪切成像 703

13.2.3.5 热成像 704

13.2.3.6 有损检测（横截面） 707

参考文献 709

第14章 可支持性、维护与修理 710

14.1 引言 710

14.2 重要考虑事项 711

14.3 使用经验 712

14.4 检测 715

14.5 损伤评定 717

14.5.1 评定人员的授权 717

14.5.2 评定人员的资格 717

14.5.3 损伤评定的信息 717

14.5.4 对修理场所的考虑 718

14.6 修理设计和证实 719

14.6.1 修理设计准则 719

14.6.1.1 构件的刚度 720

14.6.1.2 静强度和稳定性 720

14.6.1.3 耐久性 721

14.6.1.4 损伤容限 722

14.6.1.5 相关的飞机系统 722

14.6.1.6 空气动力光顺性 722

14.6.1.7 重量与平衡 723

14.6.1.8 工作温度 723

14.6.1.9 环境 723

14.6.1.10 周围的结构 724

14.6.1.11 临时修理 724

14.6.2 证实要求 725

14.7 复合材料结构的修理 727

14.7.1 引言 727

14.7.2 损伤清理和修理部位的准备 728

14.7.3 螺栓连接修理 728

14.7.3.1 概念 728

14.7.3.2 材料 729

14.7.3.3 分析 730

14.7.3.4 修理程序 730

14.7.3.5 螺栓连接修理举例 731

14.7.4 胶接修理 732

14.7.4.1 概念 732

14.7.4.2 材料 733

14.7.4.3 分析 734

14.7.4.4 修理程序 755

14.7.4.5 胶接修理举例 758

14.7.5 夹层结构（蜂窝芯）修理 758

14.7.5.1 修理概念 759

14.7.5.2 芯子的修复 759

14.7.5.3 修理程序 760

14.7.5.4 夹层结构修理举例 761

14.7.6 修理质量保证 761

14.7.6.1 过程中的质量控制 761

14.7.6.2 修理后的检测 762

14.8 金属结构的复合材料修理（CRMS） 763

14.9 维护文件 764

14.9.1 确定允许的损伤限 764

14.9.2 修理限制 765

14.10 考虑可支持性的设计 766

14.10.1 前言 766

14.10.2 可检性 767

14.10.2.1 一般设计考虑 767

14.10.2.2 检测的可达性 768

14.10.3 材料选择 768

14.10.3.1 引言 768

14.10.3.2 树脂和纤维 768

14.10.3.3 产品的形式 770

14.10.3.4 胶黏剂 770

14.10.3.5 可支持性问题 771

14.10.3.6 环境的有关问题 771

14.10.4 损伤阻抗、损伤容限和耐久性 772

14.10.4.1 损伤阻抗 772

14.10.4.2 损伤容限 773

14.10.4.3 耐久性 773

14.10.5 环境适应性 773

14.10.5.1 取消／减少重金属 774

14.10.5.2 关于除漆要求的考虑 774

14.10.5.3 修理材料的存储期和存储稳定性 774

14.10.5.4 清洁要求 774

14.10.5.5 无损检测要求 775

14.10.5.6 寿命结束时的废弃考虑 775

14.10.6 可靠性和可维护性 775

14.10.7 互换性和可更换性 775

14.10.8 可接近性 776

14.10.9 可修理性 776

14.10.9.1 一般设计方法 777

14.10.9.2 修理设计问题 779

14.10.9.3 编织、机织或缝纫结构的修理 780

14.11 后勤要求 780

14.11.1 培训 780

14.11.2 备件 782

14.11.3 材料 782

14.11.4 设施 783

14.11.5 技术数据 784

14.11.6 支持设备 785

14.11.6.1 固化设备 785

14.11.6.2 冷藏室 786

14.11.6.3 打磨／抛光棚 786

14.11.6.4 NDI设备 786

参考文献 787

第15章 厚截面复合材料 790

15.1 引言和厚截面的定义 790

15.2 厚截面复合材料3D分析要求的力学性能 791

15.2.1 复合材料2D分析 792

15.2.2 复合材料3D分析 792

15.2.2.1 单向层3D性能 793

15.2.2.2 多向正交各向异性层压板的3D性能 793

15.2.3 理论性能确定 794

15.2.3.1 3D单层性能确定 794

15.2.3.2 3D层压板性能确定 796

15.2.4 试件设计考虑 800

15.3 厚截面复合材料结构分析方法 800

15.4 厚截面复合材料3D分析所要求的物理性能分析 800

15.5 厚截面复合材料的工艺分析方法 800

15.6 失效准则 800

15.7 影响厚截面许用值（即安全裕度）的因素 800

15.8 厚板的验证问题 800

参考文献 800

第16章 坠毁适航及能量管理 802

16.1 概论和一般指导原则 802

16.1.1 每节内容的组织 802

16.1.2 坠毁适航的原则 802

16.1.3 与复合材料相关的问题 803

16.1.4 专门名词 805

16.1.5 目前的研究和发展 806

16.1.6 规范车体和安全标准的回顾 808

参考文献 809

第17章 结构安全管理 812

17.1 简介 812

17.1.1 背景 812

17.1.2 目标及范围 814

17.2 安全风险管理概述 814

17.2.1 定义 814

17.2.2 安全风险管理过程 814

17.2.3 危险识别和初始安全评估 815

17.2.4 风险分析和策略 815

17.2.5 风险评估和缓解措施 815

17.3 结构安全和规章 816

17.3.1 资料来源 816

17.3.2 规章 816

17.3.3 指导文件 817

17.4 结构安全评估考虑 817

17.4.1 设计 818

17.4.2 制造 818

17.4.3 维护 818

17.4.4 操作 819

17.4.5 适航要求 819

17.4.6 结构完整性 819

17.4.6.1 寿命周期考虑 820

17.4.7 实例说明 821

17.4.7.1 261航班 821

17.5 结构安全管理过程 822

17.5.1 结构描述 822

17.5.2 不安全状态和损伤威胁的识别 822

17.5.3 风险分析 822

17.5.4 风险评估 823

17.5.5 风险缓解 823

17.6 结构安全管理的应用 825

17.6.1 应用：对被修理部件而言，很少依赖OEM所带来的问题 825

17.6.2 应用：涉及金属胶接的不符合规范的超常修理 825

17.6.3 应用：有关复合材料不符合规范的超常修理 827

参考文献 829

第18章 环境管理 831

18.1 引言 831

18.1.1 范围 831

18.1.2 再循环的专门术语 831

18.2 再循环的基础结构 834

18.2.1 再循环基础结构开发模型 834

18.2.2 基础结构需求 835

18.2.3 再循环教育 835

18.3 复合材料再循环经济学 835

18.4 复合材料废料物流 836

18.4.1 工艺废料 837

18.4.2 已用过的复合材料废料 837

18.5 减少复合材料废料物流的来源 838

18.5.1 恰好及时和刚好够用的材料投放 838

18.5.2 电子商务数据管理 839

18.5.3 废料最小化指南 839

18.5.3.1 预浸料 839

18.5.3.2 树脂 839

18.5.3.3 纤维 839

18.5.3.4 固化剂 839

18.5.3.5 热压罐材料 839

18.5.3.6 包装材料 839

18.5.4 轻重量 839

18.6 复合材料零部件和材料的再利用 840

18.6.1 复合材料零部件的再利用 840

18.6.2 加工成较小的零部件 840

18.7 材料交换 840

18.7.1 初级材料的再分配 840

18.7.2 复合材料交换服务机构 840

18.7.2.1 未用过材料的管理 841

18.7.2.2 包装 841

18.7.2.3 管理文件编制 841

18.7.2.4 未用过材料说明书 841

18.7.2.5 DOD（国防部）再出售限制 841

18.8 复合材料再循环 841

18.8.1 可拆卸和可再循环的设计 841

18.8.1.1 紧固件 842

18.8.1.2 胶黏剂 842

18.8.1.3 混杂复合材料 842

18.8.2 再循环后勤 842

18.8.2.1 收集和运输 842

18.8.2.2 纤维和基体的识别 843

18.8.3 复合材料再循环工艺流程 843

18.8.3.1 尺寸减小 843

18.8.3.2 基体的除去 844

18.8.3.3 纤维的再利用 844

18.8.3.4 除去基体的产品 845

18.8.3.5 其他再循环和工艺方法 845

18.8.4 废预浸料的再循环 845

参考文献 846