典型民机复合材料损伤分析

2017-03-23 11:24:30 作者：张伟来源：南京航空航天大学分享至：

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波音787飞机上的复合材料

复合材料是经过选择含有一定数量比的两种或两种以上的组分（或组元），通过人工复合，组成多相、三维结合且各相之间有明显界限、具有特殊性能的材料。先进复合材料以其高的比强度、比刚度、良好的抗疲劳断裂性能。

先进复合材料首先在飞机一般结构上应用，随后在次承力结构、主承力结构上应用。20世纪80年代起，世界各国正在研制的性能先进的飞机机翼一级部件几乎全都采用先进复合材料，很多机身和机翼等主承力结构都使用了复合材料，且用量超过20%。而先进复合材料无损检测技术的发展水平和应用广度，对复合材料的研究深度和应用广度，有着至关重要的作用。随着复合材料在飞机上应用的不断扩大，复合材料的设计、制造、应用、损伤检测及修复也愈加规范。本文将从探究复合材料细观的损伤机理出发，分析典型材料的损伤机理。

民机常用复合材料性能及结构典型复合材料介绍

复合材料的分类方法有多种，通常是按基体、增强体或用途的不同进行分类。复合材料设计不同于传统材料的设计，传统材料设计是根据项目的使用目的和性能要求，拟定材料、结构、工艺及费用等方面的计划与估算，类似于材料选择，而非严格意义上的材料设计。

高聚合物复合材料（树脂基复合材料）。它是用量最广的复合材料。其增强体常为纤维状、粒状、片状的纤维及其织物等。该类材料因具有高强度和高模量而作为结构材料。

金属基复合材料。金属叠层材料有时也纳入金属基复合材料范畴，其主要应用于航空航天领域。

陶瓷基复合材料。陶瓷基复合材料的增强体为陶瓷、碳纤维和难熔金属的纤维、晶须、晶片和颗粒等材料。

碳基复合材料。通常其增强体为碳纤维（织物）或碳化硅等陶瓷纤维（织物）。

普通复合材料。普通复合材料是用性能较低的增强体（如玻璃纤维）与普通高聚物（树脂）构成的复合材料。

蜂窝结构和蜂窝复合材料。蜂窝结构是一种夹层结构或夹层复合材料，其夹芯层是由一系列六边形、四边形及其他形状的孔格组成形似蜂窝夹心材料，上下两表面层是与夹芯层接的薄板。

复合材料失效、服役缺陷及损伤复合材料的失效

复合材料和复合材料结构在经历了某些物理、化学过程后发生了尺寸、形状和性能的变化从而丧失了原来具有的设计功能的现象称为复合材料的失效。引发这些过程的作用可能是外载荷、材料老化、环境温度和湿度变化等。

大多数失效问题主要集中于用作承力结构件的纤维增强复合材料，特别是纤维增强层压复合材料。失效的四种基本模式是基体开裂、纤维断裂、界面脱粘和分层。

服役中发生的缺陷及损伤