第八章 复合材料结构耐久性损伤容限设计-【精选】

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1、第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（三）第68页共68页课题第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（三）目的与要求提高零部件耐久性/损伤容限的特殊设计方法和材料使用因素损伤容限分析和疲劳特性概述了解耐久性/损伤容限设计实例复合材料制件的疲劳特性分析方法重点损伤容限分析和疲劳特性概述复合材料制件的疲劳特性分析方法难点复合材料制件的疲劳特性分析方法教具复习提问耐久性/损伤容限设计的特点是什么？复合材料制件的疲劳特性分析方法有哪些？新知识点考查损伤容限分析和疲劳特性布置作业课堂布置课后回忆损伤容限分析和疲劳特性？复合材料制件的疲

2、劳特性分析方法有哪些？备注教员张颖云第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（三）第68页共68页第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（三）第68页共68页1.提高零部件耐久性/损伤容限的特殊设计方法1.1.损伤的极限1.1.1通常损伤程度l碳纤维复合材料存在缺陷/损伤时，因其强度下降时可能高达60%左右，因此按照损伤容限设计的结构厂采取较低的许用值进行控制，一般情况不超过4000μξ。l零部件强度的下降必定导致系统性能的下降，设计过程中使用的降低了的许用值，必定不能充分发挥材料的最大性能，不但影响了设计的效率，而且给工艺制造

3、过程和质量控制造成过大的裕度和能源浪费。1.1.2当前的设计目标l为了充分发挥复合材料的潜在优势，近年来国内外提高了损伤容限，也提高设计许用值。l从最初设计阶段、工艺制造过程和质量控制方面综合考察，要求设计许用值达到6000μξ。l根据国外的相关报道，经过数年的科研工作，在飞机设计方面采用的复合材料构件已经达到上述要求。²机翼结构设计的拉、压设计许用应变值提高到6000μξ；²剪切应变值提高10000μξ。1.1.3设计思想l提高结构的抗损伤能力²抑制损伤的形式；²减少损伤范围，如减少冲击的区域；²抑制或阻止损伤进一步发生

4、。l提高结构包容损伤的能力²提高复合材料结构受损后的剩余强度和疲劳强度/疲劳寿命；²采用更先进的复合材料成形技术，增加制件自身的性能；²使用强度更高的体积材料和增强材料，保证“原材料”的性能；²采用合理的浸润工艺，提高界面相的性能。1.2.提高结构耐久性/损伤容限的特殊设计技术第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（三）第68页共68页1.2.1软化带设计技术l受拉壁板l机械连接区1.2.2软蒙皮设计技术l设计的基本思想l软蒙皮l铺设角的铺放比例l固化方式l筋条和蒙皮的铺放实例1.2.3夹胶膜技术l设计的基本思想l中间层l波

5、音777尾翼的设计实例1.2.4三维增强（Z向增强）技术l目的主要是为了抑制冲击等引起的分层损伤的扩展，用以提高符合材料结构的冲击阻抗。l工艺分类²厚度方向增强的纺织复合材料ü三维编制Z向增强üZ向缝纫²RFI树脂膜渗透成形技术²RTM也称为树脂传递模塑成形技术²Z向销连接技术l连接作用²厚度方向的增强，提高厚度方向弱的层间剪切力；²为层压板或蜂窝结构提高Z向的连接件预制件；²整体件的局部增强。1.1.采用特殊设计技术需求注意问题1.1.1.损伤情况复杂第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（三）第68页共68页第八章复合材

6、料结构耐久性损伤容限设计（三）第68页共68页l复合材料损伤性是众多，形成和扩散机理不同，针对不同的损伤设计不同的方案，提高损伤容限；l上述方法仅仅着眼于改善冲击损伤容限，不可用于其它损伤/缺陷的使用，否则引起相反的效果；l对于主要承受拉伸载荷或拉-剪载荷的结构，构件中的孔或其它穿透性的缺陷或损伤值得认真设计。1.1.1.综合使用各种工艺方法l单一方法的局限性l两种方法的综合运用l多种方法运用的优点和缺点l事例1.1.2.加强关键重要件l分析系统中的关键重要件l设计加强方法l实验验证²强度²刚度²耐久性²损伤容限²质量成本

7、²制造工艺要求l在零件实施2.损伤容限分析和疲劳特性概述2.1.损伤容限分析方法概述2.1.1含孔（裂纹）等穿透损伤时层压板的拉伸剩余强度l孔边效应/应变进行分析l利用判据，计算剩余强度l损伤影响（DamageInfluence，简称DI）失效判据第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计（三）第68页共68页l损伤区域纤维断裂（FiberbreakinginDamagezone，简称FD）失效判据2.1.1含冲击损伤时的压缩剩余强度l计算出冲击损伤区域的大小²利用弯曲应变能密度分层判据分析ü基体强度ü层间强度ü假设条件和控制方

8、法²剪切应变能判据分析²查阅设计手册l利用FD和DI判据估算含冲击损伤层压板的压缩剩余强度2.1.2估算剩余强度的判据l损伤影响（DI）失效判据²该判据可以表示为：当缺口（或损伤）附近特征点处的加权法向应力达到层压板的破坏强度时，含损伤层压板出现破坏，其数学表达式为：其中Di满足下式的X值：：层压板的无