複合材料飛機結構耐久性/損傷容限設計指南

《複合材料飛機結構耐久性/損傷容限設計指南》是航空工業出版社圖書，作者沈真;李鐵柏;楊勝春;中國航空研究院。

基本介紹

• 書名：複合材料飛機結構耐久性/損傷容限設計指南
• 作者：沈真、李鐵柏、楊勝春、中國航空研究院
• ISBN：7-80134-052-3
• 出版社：航空工業出版社
• 出版時間：1995年12月

圖書簡介

本指南是我國在複合材料飛機結構耐久性/損傷容限設計領域內的第一部專著，全面系統地總結了國內外在這一領域內有關設計、分析和驗證試驗方面的經驗，完整地提出了複合材料飛機結構耐久性/損傷容限設計的基本原理、新概念和新方法。 全書共包括10章和3個附錄，分別給出了複合材料飛機結構耐久性/損傷容限要求、設計、分析和試驗的有關內容；考慮到結構完整性的要求，還給出了與此相關的環境和載荷譜、質量控制和無損檢測以及修理的內容。雖然可靠性設計目前尚不成熟，作為今後研究的基礎，本書給出了有關的分析方法。為了套用的方便，本書匯集了多年來設計與研究部門積累的大量有關數據。在附錄中列出了有關規範的內容摘編、韌性評定、疲勞、斷裂韌性的試驗標準，以及有關民機損傷容限評估的實例。 本指南不僅可供複合材料飛機結構設計人員使用，也可供其他從事複合材料研究與套用的工程技術人員和高等院校有關專業教師和研究生參考。

目錄

第1章 總論
1.1 耐久性/損傷容限設計在複合材料飛機結構設計中的套用
1.1.1 飛機設計概念的演變
1.1.2 耐久性/損傷容限設計概念要點
1.1.3 複合材料飛機結構耐久性/損傷容限設計及有關規範的演變
1.2 複合材料結構損傷、斷裂和疲勞的特點
1.2.1 主要的缺陷/損傷類型
1.2.2 缺口敏感性
1.2.3 疲勞性能
1.2.4 損傷擴展性能
1.2.5 剛度降
1.2.6 環境影響
1.2.7 分散性
1.3 複合材料飛機結構耐久性/損傷容限設計與驗證方法概述
1.3.1 設計方法概述
1.3.2 積木式設計驗證試驗方法概述
1.4 《指南》的內容簡述
參考文獻
第2章 耐久性/損傷容限要求
2.1 適用的規範與標準
2.1.1 軍用飛機
2.1.2 民用飛機
2.2 軍用飛機耐久性/損傷容限要求
2.2.1 耐久性要求
2.2.2 損傷容限要求
2.2.3 製造廠商的耐久性/損傷容限控制要求
2.3 民用飛機耐久性/損傷容限要求
2.3.1 耐久性要求
2.3.2 損傷容限要求
參考文獻
第3章 耐久性/損傷容限設計
3.1 概述
3.2 缺陷/損傷影響的強度評定
3.2.1 缺陷/損傷類型
3.2.2 缺陷/損傷位置確定原則
3.2.3 缺陷/損傷影響的強度評定
3.3 結構選材
3.3.1 對材料性能的一般要求
3.3.2 環境對材料性能影響的考慮
3.3.3 基體和纖維材料的選用
3.4 結構設計許用值的確定原則
3.4.1 設計許用值
3.4.2 初步設計階段用設計許用值確定方法
3.4.3 詳細設計階段用設計許用值確定方法
3.4.4 現有複合材料結構部件的設計許用值
3.5 複合材料結構耐久性/損傷容限設計的一般設計方法
3.5.1 耐久性/損傷容限設計考慮
3.5.2 關鍵結構部位和關鍵結構元件的確定
3.5.3 複合材料結構耐久性/損傷容限設計的一般原則
3.5.4 鋪層設計的考慮
3.5.5 複合材料結構的細節設計
3.5.6 高生存力結構的抗墜毀設計
3.5.7 防護設計考慮
3.5.8 改善結構可檢性和維修性的設計考慮
3.6 提高結構耐久性/損傷容限的特殊設計技術
3.6.1 軟化帶設計技術
3.6.2 軟蒙皮設計
3.6.3 膠膜夾層技術
3.6.4 三維增強Z向增強技術
3.6.5 需注意的問題

3.7 靜強度驗證試驗提前破壞的實例

3.7.1 某飛機外翼盒段及全尺寸機翼盒段

3.7.2 L—1011垂直安定面的驗證

3.7.3 DC—10垂直安定面的驗證

3.7.4 機翼扭力盒破壞分析

參考文獻

第4章 環境與載荷譜

4.1 濕熱環境及複合材料的吸濕

4.1.1 飛機使用中的環境因素

4.1.2 濕熱環境

4.1.3 複合材料的吸濕

4.2 載荷/環境譜的編制

4.2.1 載荷譜的修正

4.2.2 濕熱環境譜編制原則

4.2.3 加速吸濕方法

4.2.4 載荷譜與濕熱譜疊加原則及ENSTAFF簡介

4.2.5 載荷與濕熱譜疊加的實例

4.3 衝擊損傷源與衝擊損傷

4.3.1 沖南損傷源

4.3.2 低能量衝擊

4.3.3 離散源損傷

參考文獻

第5章 耐久性/損傷容限分析

5.1 概述

5.2 帶孔口或裂紋層壓板的剩餘強度分析

5.2.1 帶孔口各向異性板的孔邊應力

5.2.2 平均應力判據和點應力判據

5.2.3 帶孔口或裂紋層壓板的剩餘強度估算

5.2.4 帶孔層壓板的強度設計曲線

5.3 複合材料層壓板衝擊損傷及剩餘強度估算

5.3.1 複合材料層壓板衝擊損傷估算

5.3.2 含衝擊損傷層壓板壓縮剩餘強度分析

5.3.3 帶高能量衝擊損傷層壓板拉伸剩餘強度估算

5.4 含分層層壓板的剩餘強度分析

5.4.1 複合材料層壓板的分層問題

5.4.2 層間應力

5.4.3 層間斷裂力學

5.4.4 含分層層壓板的剩餘強度估算

5.5 分層損傷擴展分析

5.5.1 層間裂紋擴展速率

5.5.2 超載效應

5.5.3 層間裂紋擴展壽命估算

5.6 耐久性分析

5.6.1 複合材料層壓板的疲勞特性

5.6.2 疲勞壽命估算方法

參考文獻

第6章 複合材料結構可靠性分析

6.1 結構可靠性分析的含義

6.2.1 等效板模型

6.2.2 層狀結構模型

6.3 複合材料結構衝擊損傷剩餘強度可靠性分析

6.3.1 衝擊後壓縮強度及其分布

6.3.2 衝擊威脅

6.3.3 衝擊後結構可靠度

6.4 示例

6.4.1 示例1

6.4.2 示例2

6.4.3 示例3

6.4.4 對示例的一點說明

參考文獻

第7章 耐久性/損傷容限試驗

7.1 設計研製試驗

7.1.1 目的和內容

7.1.2 濕熱影響

7.2 全尺寸部件驗證的試驗要求

7.2.1 全尺寸部件靜強度驗證試驗

7.2.2 全尺寸結構件/部件耐久性驗證試驗

7.2.3 全尺寸結構件/部件損傷容限驗證試驗

7.2.4 用一個試驗件完成全尺寸部件全部驗證試驗的可行性

7.2.5 複合材料/金屬混合結構部件驗證試驗方法建議

7.3 全尺寸部件試驗技術

7.3.1 載入方式

7.3.2 應變測量

7.3.3 衝擊損傷的引入方法

7.3.4 雷擊損傷的模擬

7.4 驗證試驗實例

7.4.1 某軍用運輸機機翼盒段

7.4.2 Boeing7J7水平安定面盒段

7.4.3 A320垂尾

7.4.4 驗證範例評估

附錄7.A 複合材料的分散性和載荷放大係數法

7.A.1 Weibull分布

7.A.2 Weibull分布的B基準

7.A.3 壽命分散係數

7.A.4 載荷放大係數

7.A.5 複合材料的分散性

參考文獻

第8章 質量控制與無損檢測技術

8.1 質量控制體系與材料標準和工藝規範
8.1.1 質量控制體系
8.1.2 材料標準和工藝規範
8.1.3 最終驗收
8.2 預浸料質量控制
8.2.1 增強纖維質量控制復驗試驗
8.2.2 基體樹脂質量控制“指紋”檢驗
8.2.3 預浸料質量控制
8.2.4 膠粘劑
8.3 成形工藝質量控制
8.3.1 基本原則
8.3.2 鋪敷工藝控制
8.3.3 夾層結構工藝控制
8.3.4 固化工藝質量控制含共固化工藝
8.3.5 二次膠接質量控制
8.3.6 其他工藝方法質量控制
8.4 機械加工、裝配連線質量與控制
8.4.1 機械加工
8.4.2 裝配連線
8.4.3 構件的檢驗
8.5 無損檢測（NDI）技術
8.5.1 無損檢測方法
8.5.2 控制無損檢測質量的要求
8.6 驗收/拒收標準實例
8.6.1 單個缺陷的驗收/拒收標準
8.6.2 片狀缺陷的驗收/拒收標準
參考文獻
第9章 修理
9.1 概述
9.2 修理原則與類型
9.2.1 考慮修理的結構設計原則
9.2.2 修理區域劃分和修理容差規定
9.2.3 可修理性判別
9.2.4 修理類型
9.3 修理方法
9.3.1 修理方法考慮的一般原則
9.3.2 表面損傷的修理
9.3.3 分層修理
9.3.4 衝擊損傷的臨時修理
9.3.5 衝擊損傷的永久修理
9.3.6 蜂窩夾層結構的修理
9.3.7 嵌入式修理
9.3.8 修理設備的技術要求及配置

9.4 A310飛機複合材料垂尾修理實例
9.4.1 修理原則

9.4.2 典型修理實例

9.4.3 修理後的強度估算

9.4.4 修理後結構的試驗驗證

9.4.5 修理的鑑定及適航驗證

參考文獻

第10章 耐久性和損傷容限設計數據

10.1 概述
10.1.1 複合材料體系簡介

10.1.2 符號

10.2 主要用於結構選材的性能
10.2.1 T300/5222性能

10.2.2 T300/QY8911性能

10.2.3 T300/5405性能

10.2.4 T300/HD03性能

10.2.5 T300/HD58性能

10.2.6 T300/3261性能

10.2.7 T300/QY8911-Ⅱ性能

10.2.8 T300/QY8911-Ⅲ性能

10.2.9 T300/KH-304性能

10.2.10 AS4C/PEEK性能

10.2.11 國外有關複合材料體系簡介

10.3 與確定設計許用值有關的性能
10.3.1 開孔裂紋拉伸和壓縮性能

10.3.2 抗衝擊損傷性能

10.3.3 疲勞性能

10.4 含衝擊損傷加筋板數據

10.5 缺陷/損傷對強度的影響數據
10.5.1 概述

10.5.2 孔隙率

10.5.3 含缺陷緊固件孔

10.5.4 表面缺陷

10.5.5 分層

10.5.6 衝擊損傷

附錄A 有關規範內容摘編

A.1 MIL-A-87221“飛機結構通用規範”有關內容摘編

A.2 AFGS—87221A 有關內容摘編
A.2.1 低能量衝擊損傷及其耐久性要求

A.2.2 損傷容限要求

A.3 MIL-A-8860B（AS） 有關內容摘編
A.3.1 MIL-A-8866B“可靠性要求、重複載荷、疲勞和損傷容限”

A.3.2 MIL-A-8867CAS“地面試驗”

A.4 FAA諮詢通報AC20-107A“複合材料飛機結構”

A.5 FAA諮詢通報AC25.571-1A“結構的損傷容限和疲勞評定”

附錄B 韌性評定、疲勞、斷裂韌性試驗標準彙編

B.1 韌性評定試驗標準
B.1.1 碳纖維複合材料層合板衝擊後壓縮試驗方法

B.1.2 碳纖維複合材料層合板開孔拉伸試驗方法HB6740-93

B.1.3 碳纖維複合材料層合板開孔壓縮試驗方法HB6741-93

B.1.4 碳纖維複合材料層合板邊緣分層拉伸試驗方法HB-

B.1.5 碳纖維複合材料單向板Ⅰ型層間斷裂韌性試驗方法，HB-

B.1.6 碳纖維複合材料層合板Ⅱ型層間斷裂韌性試驗方法，HB-

B.2 碳纖維樹脂基複合材料層合板疲勞試驗方法GJB-

B.3 樹脂基複合材料層壓板濕熱環境吸濕試驗方法，HB-

B.4 含衝擊損傷複合材料典型層壓板和加筋板試驗方法
B.4.1 複合材料典型層壓板衝擊損傷破壞曲線試驗方法

B.4.2 含衝擊損傷複合材料加筋板試驗方法

附錄C 民機複合材料垂尾損傷容限評定實例

C.1 損傷容限評定原則
C.1.1 缺陷/損傷類型

C.1.2 環境參數

C.1.3 檢查原則

C.2 修理
C.2.1 修理的原則

C.2.2 修理的方法

C.3 缺陷/損傷驗證試驗

C.4 損傷容限分析

C.5 A320複合材料垂尾全尺寸驗證試驗
C.5.1 概述

C.5.2 試驗程式