2013复合材料力学基础6.ppt

设计选材与设计许用值确定 设计选材 设计选材原则 与金属材料一样，设计选材应以满足结构完整性要求，低成本（经济性好）为基点 所选材料应满足结构使用环境要求，具有良好的耐环境性（韧性好、耐湿热） 所选材料应满足结构特殊性能要求 所选材料应具有良好的工艺性即预浸料粘性适中、铺敷性好、加压带宽、固化温度低和室温使用寿命与贮存期长，以及机械加工件、可修理性良好等 具有与不同材料很好的匹配性 环境保护要求的投资费用少 优先选用已有使用经验的“老”材料，材料品种不宜多，供货渠道可靠、稳定，尽可能立足国内 设计选材 设计选材主要考虑的性能 根据结构最高工作温度及其采用的工艺方法选择树脂基体体系 重点考虑反映缺陷/损伤和环境因素影响的性能 重点考虑与固化成形工艺有关参数 Materials Usage A380 Composite Applications 787 Composite Applications 设计许用值定义与确定的一般原则 许用值是判断结构强度的重要指标。许用值是设计依据，主要根据试验所获得数据，经统计分析确定，试验量大、耗资多、周期长。因此，许用值定义与确定原则和方法，备受关注。 在结构设计中，材料性能的许用值通常以“A基准值”、“B基准值”和典型值形式给出。 层合结构设计中，涉及单层、层合板、层合结构三个层次的性能，与其相应有材料工程常数、材料性能许用值和结构设计许用值。 许用值与设计许用值的定义与内涵 材料工程常数是指单层性能，即复合材料基本力学性能，由单向板或织物双向板试样试验确定。 许用值是材料性能许用值的简称。其定义是在一定的载荷与环境条件下，由层合板试样、元件或细节件等试验数据，经统计分析后确定的，具有一定置信度和可靠度的性能表征值。 设计许用值是结构设计许用值的简称，其定义为“保证整个结构的完整性具有高置信度。在许用值的基础上，由设计师规定的设计限制值”。 许用值与设计许用值的定义与内涵 A基准值(A-Basis Value) ── 力学性能的一个限定值，在95%的置信度下，99%的性能数值群的最小值。 B基准值(B-Basis Value) ── 力学性能的一个限定值，在95%的置信度下，90%的性能数值群的最小值。 典型值(Typical Values) ── 从至少5个试样做出的有效试验结果中得出的算术平均值。 文献中许用值和设计许用值的定义 文献中许用值和设计许用值的定义 文献中许用值和设计许用值的定义 文献中许用值和设计许用值的定义 文献中许用值和设计许用值的定义 文献中许用值和设计许用值的定义 许用值和设计许用值的定义 设计许用应变 金属材料设计许用值以应力表示，称“许用应力”。其定义为：“在各种工作条件下，为保证构件正常使用允许的最大应力”。因为，金属材料是各向同性材料，而是在屈服应力以下应力与应变关系呈线性关系，许用应力和许用应变是一致的。 设计许用应变 由复合材料力学可知纤维增强复合材料与金属材料完全不同，单层力学性能是各向异性的。纵向强度和模量比横向强度和模量高出近两个数量级，但纵向和横向的破坏应变却在同一个数量级上，而且两者相差较小。再有，由层合板理论可知层合板应变沿厚度方向分布是线性的，但各单层的偏轴刚度不同，使其厚度方向应力分布不规则，见图6-4。厚度相同，铺层方向不同的层合板破坏应力可以相差很大，而破坏应变相差并不大，因此，层合结构的设计许用值选择应变，而不是应力表示，称设计许用应变。 设计许用应变确定一般原则 拉伸设计许用应变主要考虑层合板开孔（6.35 mm孔径）试样、干冷条件下拉伸性能表征值，有时还考虑连接挤压特性； 压缩设计许用应变主要考虑层合板目视勉强可检冲击损伤试样、湿/热条件下压缩性能表征值；对薄层合板或蜂窝夹层结构面板应考虑屈曲的影响；对不易受到冲击部位，取层合板含6.35 mm孔径，充填不受载孔试样的压缩性能表征值； 纵横剪切设计许用应变主要考虑层合板试样湿/热条件下纵横剪切性能表征值。 设计许用应变确定一般原则 组合受力状态下设计许用应变可采用单一受力状态设计许用应变几何叠加确定。 外击损伤不严重的部位或对冲击损伤不敏感的部位。应根据具体情况确定该部位的设计许用值。 飞机结构详细设计主要针对结构关键件或关键部位，以及高应变区危险部位进行的。为确保结构的完整性，要求确定的设计许用应变应包含更多的结构参数并体现出结构具体部位的设计要求。必要时还应进行结构件验证试验或修订给出具体结构部件的设计许用应变，如机翼根部区设计许用应变等。 设计许用应变确定方法 拉伸设计许用应变确定 压缩设计许用应变确定 纵横剪切设计许用应变确定 设计许用应变的验证 耐久性与损伤容限概念 耐