复合材料结构设计设计要求和原则.ppt

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1、结构设计要求和原则结构设计要求一般要求复合材料结构一般采用许用应变设计，注意性能、失效模式、耐久性、损伤容限、制造工艺、质量控制等方面的差异。保证结构在使用载荷下有足够的强度和刚度，在设计载荷下安全浴度大于零在确定复合材料结构设计许用值时，须考虑环境对材料性能的影响，环境因素有温度、湿度、生产使用过程中的最大不可见使用损伤复合材料结构的安全水平不能低于同类金属结构防止与金属零件接触时的电偶腐蚀整体油箱、设备舱等，须防静电、防雷击、电磁兼容设计与试验验证尽量将复合材料结构设计成整体件结构设计要求静强度设计

2、要求一般要求在进行部件结构静强度分析与试验验证时，应保证在使用载荷下结构不产生有害的变形和损伤，在设计载荷下结构不出现总体破坏应通过设计载荷下的部件试验程序来验证复合材料结构的静强度、符合设计准则的程度和可能的强度储备。对安全裕度大的复合材料结构，可通过试样、元件和组合件试验结果支持的分析来验证结构设计要求静强度设计要求特殊要求对铺层的强度计算应采用已经验证的失效准则当结构使用温度范围很宽或复合材料性能在不同温度下变化较大时，应力分析用性能数据可以按结构使用温度划分温度区间，材料弹性常数取相应温度区间内

3、的平均值刚度设计要求结构在使用载荷下不允许产生有害的变形和损伤应充分利用复合材料铺层的可设计性，通过合理地选取铺层角、铺层比和铺层顺序，以最小的质量达到满意的刚度弹性常数可选取对应温度区间内的典型值耐久性设计要求一般要求飞机结构的经济寿命必须大于设计使用寿命飞机结构的经济寿命必须进行试验验证在设计使用寿命期内，飞机结构不允许出现开裂、分层、脱胶、变形为了保证结构安全而需进行修理、更换和检查干扰飞机的机械操作影响飞机的气动特性产生功能性障碍在稳态飞行或地面运输条件下引起裂纹/分层的持续扩展耐久性设计要求特

4、殊要求冲击损伤源重复的低能量冲击设计时必须考虑使用引起的损伤，研究它对修理、维护、和功能可能产生的影响，并证实外表面目视不易检出的损伤不影其响耐久性冰雹撞击，工具掉落，踩踏引起的损伤是目视不可检，若在某一区域内的反复冲击可能会影响结构耐久性，根据可能遇到的损伤类型划分结构区域，并在研制试验程序中评定这些区域耐久性对损伤源的敏感性损伤容限设计要求缺陷尺寸假设损伤容限要求含缺陷的结构在规定的使用期内有足够的剩余强度，缺陷包括初始缺陷和使用损伤初始缺陷：很难用目视检测方法检出，包括冲击损伤、分层和划伤使用损伤

5、：鸟撞等高能量外来物冲击及雷击产生的目视易检损伤损伤扩展要求复合材料结构为缓慢“裂纹”扩展结构损伤无扩展，应通过试验支持的分析或由试样、元件或结构件的疲劳试验来验证，损伤无扩展循环数应考虑复合材料的疲劳分散性如在规定的检查间隔内出现明显的缺陷/损伤扩展时，须更改设计损伤扩展，对可能出现的每种缺陷/损伤类型，有在使用载荷谱下可靠的扩展特性数据。同时给出这一扩展规律的统计变异性，并能证实所给出的检测方法足够可靠胶接接头的损伤容限专用条件如现有的制造技术无法保证每个胶接接头均能达到其设计强度，无损检测又无法检

6、测出所有的脱胶或弱胶接缺陷时，必须采用以下方法，证实危及飞行安全的关键件中每一胶接接头的承载能力不低于使用载荷必须用分析、试验或同时使用这两种方法，来确定承载最严重情况的载荷时，每个胶接接头允许出现的最大脱胶区域，并通过细节设计来防止产生大于这一区域的脱胶可能性必须对每件制成品进行验证试验，对每一关键胶接接头，施加最严重的载荷动力学设计要求维修性设计要求对振动严重结构必须按照频率控制设计原则，响应控制原则以及声疲劳寿命要求进行动力学设计结构方案设计时要制定复合材料结构的维修大纲根据结构可能产生的损伤，分

7、段或分区确定维修等级结构设计时应为维修提供足够的可达性与开敞性确定修理方法时，需考虑检测方法，所使用的材料以及固化工艺过程军机应允许采用机械连接补丁板修理采取有效技术途径减轻结构损伤，减少维修工作复合材料结构的动特性，动响应和声疲劳性能均与层压板中铺层的铺设方向，铺层顺序以及层数等因素相关，应选择合理的方法，确保结构在正常使用条件下避开干扰频率的共振区，钟乳区，将最大响应控制结构分析要求复合材料的结构分析是主要的设计内容之一，包括静动分析，气动弹性剪裁及耐久性与损伤容限分析结构分析过程中使用的方法，手段

8、，工具都应经过验证并有足够的设计和使用经验。一般要求金属结构静强度与刚度分析的要求原则上适用于复合材料结构1）复合材料的层压板的应力应变关系在破坏前呈线性，无屈服极限2）结构所用层压板的弹性常数一般采用经典层压板理论，层压板破坏分析应采用经验证的失效准则，并辅以适当的刚度削减法则3）判断复合材料结构失效的设计许用值，一般不直接采用无损试样得到的极限破坏强度静强度与刚度分析飞机结构设计中，可通过气动弹性剪裁技术利用刚度方向性来控制静态或动态的