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第1章 总论1

1.1 手册介绍1

1.2 手册内容概述1

1.3 第3卷的目的和范围3

1.4 材料取向编码3

1.4.1 层压板取向编码3

1.4.1.1 铺层顺序记号3

1.4.1.2 铺层百分比记号4

1.4.2 编织物取向编码5

1.5 符号、缩写及单位制5

1.5.1 符号及缩写6

1.5.1.1 组分的性能11

1.5.1.2 单层与层压板12

1.5.1.3 下标13

1.5.1.4 上标14

1.5.1.5 缩写词15

1.5.2 单位制18

1.6 定义19

参考文献42

第2章 复合材料结构研制概述43

2.1 引言43

2.1.1 为什么复合材料是不同的43

2.1.2 不同的研制方法44

2.1.3 本章的局限性45

2.2 复合材料的力学行为45

2.2.1 材料术语和坐标系45

2.2.2 材料级力学性能46

2.2.3 铺层顺序问题47

2.2.4 环境影响49

2.2.5 损伤的影响50

2.2.6 变异性问题51

2.2.7 设计用力学性能52

2.3 材料的选择53

2.3.1 结构材料53

2.3.1.1 纤维类型53

2.3.1.2 复合材料的形式54

2.3.1.3 树脂类型54

2.3.1.4 纤维形式55

2.3.1.5 胶黏剂类型56

2.3.1.6 夹层材料类型57

2.3.2 附属材料57

2.3.3 材料选择考虑的因素59

2.4 制造工艺的选择61

2.4.1 工艺步骤和方法61

2.4.2 模具成形方法65

2.4.3 质量保证过程66

2.4.4 工艺选择的考虑因素68

2.5 结构概念69

2.5.1 基本结构类型69

2.5.2 连接类型70

2.5.3 零件的装配72

2.5.4 整体化的大型复合材料结构73

2.5.5 装配成完整的结构74

2.6 缺陷和损伤问题75

2.6.1 一般缺陷和损伤的考虑76

2.6.2 缺陷和损伤来源76

2.6.2.1 制造来源76

2.6.2.2 使用损伤来源77

2.6.3 缺陷和损伤特性77

2.6.4 使用中缺陷和损伤的检测78

2.6.5 设计和开发过程中缺陷和损伤的处理79

2.6.5.1 总体设计和研发的考虑79

2.6.5.2 具体的设计思路和方法80

2.6.5.3 飞机检查程序的制定：冲击评估81

2.7 寿命的考虑82

2.7.1 环境退化82

2.7.2 维护问题82

2.7.3 与“任务谱”变化有关的问题82

2.7.4 环境管理83

2.8 发展规划纲要83

参考文献84

第3章 飞机结构取证和符合性86

3.1 引言86

3.1.1 概述（背景）86

3.1.2 目的和范围87

3.2 认证考虑87

3.2.1 产品研发（初始适航）87

3.2.2 持续适航88

3.2.3 产品改型（变更的产品）89

3.2.4 具有资质的工作人员和团队90

3.3 规章91

3.3.1 结构、设计和构型91

3.3.2 产品批准94

3.3.3 持续适航（维护）95

3.4 设计验证96

3.4.1 设计和工艺文件96

3.4.2 材料／胶黏剂鉴定97

3.4.3 环境暴露和液体相容性98

3.4.4 结构胶接99

3.4.5 模具和零件固化100

3.4.6 生产中出现的缺陷101

3.4.7 结构一致性工艺101

3.4.8 结构验证（静强度和损伤容限）102

3.4.9 颤振验证（气动弹性稳定性）106

3.4.10 防火，阻燃和热问题106

3.4.11 闪电防护107

3.4.12 耐坠损性108

3.5 生产——必需的109

3.5.1 生产实施109

3.5.2 制造质量控制110

3.5.3 缺陷处理和制造记录114

3.5.4 生产过程变更114

3.6 维护——技术问题115

3.6.1 修理设计和工艺验证115

3.6.2 团队合作和处置116

3.6.3 损伤检出和表征118

3.6.4 修理工艺（螺接和胶接）120

3.7 指南和报告121

3.7.1 咨询通报121

3.7.2 政策声明124

3.7.3 技术报告124

第4章 复合材料结构的积木式方法126

4.1 引言与原理126

4.2 基本原理与假设130

4.2.1 降低风险131

4.3 方法131

4.3.1 失效模式132

4.3.2 分析133

4.3.3 材料评定与许用值（试样级）134

4.3.4 设计细节许用值（元件试验级）134

4.3.5 关键结构的预生产保证（组合件试验级）134

4.3.6 全尺寸结构验证——部件级试验135

4.3.6.1 全尺寸静力试验135

4.3.6.2 全尺寸飞机的耐久性和损伤容限试验136

4.4 具体应用考虑136

4.4.1 飞机原型136

4.4.1.1 对DoD/NASA原型飞机结构生成的聚合物基复合材料许用值136

4.4.1.2 DoD/NASA原型飞机的PMC复合材料积木式结构研发139

4.4.1.3 DoD/NASA原型复合材料飞机结构的许用值和积木式试验任务小结143

4.4.2 工程制造发展（EMD）飞机和生产型飞机144

4.4.2.1 DoD/NASA工程制造发展型和生产型飞机结构PMC复合材料许用值的生成144

4.4.2.2 DOD/NASA工程制造发展型EMD和生产型飞机的PMC复合材料积木式结构研发146

4.4.2.3 DoD/NASA工程制造发展型EMD和生产型复合材料飞机结构许用值和积木式试验任务小结152

4.4.3 商用飞机152

4.4.3.1 引言152

4.4.3.2 积木式方法153

4.4.3.3 复合材料路线图155

4.4.3.4 商用的积木式方法156

4.4.3.5 A组，材料性能的确定157

4.4.3.6 B组，确定设计值158

4.4.3.7 C组，分析验证161

4.4.3.8 波音777飞机复合材料主结构的积木式方法161

4.4.4 公务飞机和私人飞机168

4.4.4.1 高性能飞机168

4.4.4.2 轻型飞机和微型机172

4.4.5 旋翼飞机172

4.4.5.1 设计许用值试验174

4.4.5.2 设计研发试验176

4.4.5.3 全尺寸验证试验178

4.4.6 运载火箭和宇宙飞船181

4.5 特定工艺和材料形式的特殊考虑和变化183

4.5.1 室温183

参考文献183

第5章 材料和工艺——变异性对复合材料性能的影响185

5.1 引言185

5.2 目的186

5.3 范围186

5.4 组分材料187

5.4.1 纤维187

5.4.1.1 碳和石墨纤维187

5.4.1.2 芳纶189

5.4.1.3 玻璃192

5.4.1.4 硼198

5.4.1.5 氧化铝199

5.4.1.6 碳化硅200

5.4.1.7 石英202

5.4.1.8 超高分子量聚乙烯205

5.4.2 树脂208

5.4.2.1 概述208

5.4.2.2 环氧208

5.4.2.3 聚酯（热固性）208

5.4.2.4 酚醛209

5.4.2.5 双马来酰亚胺209

5.4.2.6 聚酰亚胺210

5.4.2.7 热塑性材料211

5.4.2.8 特种与新型树脂体系214

5.5 产品成形工艺215

5.5.1 织物和预成形件215

5.5.1.1 机织物215

5.5.2 预浸渍的形式217

5.5.2.1 预浸无捻粗纱217

5.5.2.2 预浸带217

5.5.2.3 预浸织物和预成形件218

5.5.2.4 预压实热塑性塑料片材219

5.5.3 定义生产使用时材料的“批料”或“批次”的详细指南219

5.6 装运和贮存过程221

5.6.1 包装221

5.6.2 运输221

5.6.3 打开包装与贮存221

5.7 制造工艺221

5.7.1 手工铺贴221

5.7.2 自动铺带／单向带自动铺叠223

5.7.2.1 背景223

5.7.2.2 效益／能力223

5.7.2.3 变异性来源224

5.7.3 自动铺丝／纤维铺放224

5.7.3.1 背景224

5.7.3.2 纤维铺放工艺流程225

5.7.3.3 效益／能力226

5.7.3.4 材料产品形式226

5.7.3.5 专门考虑的问题228

5.7.4 编织230

5.7.5 纤维缠绕231

5.7.6 拉挤232

5.7.7 夹层结构232

5.7.8 胶黏剂胶接233

5.7.9 预结合水分234

5.7.10 胶接质量235

5.8 固化和压实工艺239

5.8.1 真空袋成形239

5.8.2 固化炉固化239

5.8.3 热压罐固化工艺240

5.8.3.1 一般说明240

5.8.3.2 变异性来源240

5.8.4 模压成形241

5.8.5 整体加热模具241

5.8.6 拉挤型模固化和压实241

5.8.7 树脂传递模塑（RTM）242

5.8.8 热成形245

5.9 装配工艺246

5.10 工艺过程控制246

5.10.1 通用工艺过程控制方案246

5.10.1.1 经验方法247

5.10.1.2 基于传感器的主动控制247

5.10.1.3 基于模型的被动控制247

5.10.2 实例——热固性复合材料的热压罐固化247

5.10.2.1 固化度248

5.10.2.2 黏度249

5.10.2.3 树脂压力249

5.10.2.4 空隙预防措施250

5.10.2.5 流动250

5.11 制订材料与工艺规范251

5.11.1 规范的类型251

5.11.1.1 材料规范251

5.11.1.2 工艺规范——控制终端产品251

5.11.2 规范的格式251

5.11.2.1 范围251

5.11.2.2 适用文件251

5.11.2.3 技术要求／工艺过程控制252

5.11.2.4 验收检验和鉴定试验252

5.11.2.5 交付252

5.11.2.6 说明252

5.11.2.7 批准的来源及其他252

5.11.3 规范示例252

5.11.3.1 行业规范253

5.11.3.2 军用规范253

5.11.4 结构管理253

5.12 确定复合材料鉴定时的变异源253

5.12.1 引言253

5.12.1.1 除批次外来自其他来源的复合材料性能变异性255

5.12.1.2 常规鉴定方法和许用值计算256

5.12.2 嵌套式鉴定方法的发展和应用257

5.12.2.1 研发背景257

5.12.2.2 碳纤维／环氧树脂鉴定方法262

5.12.2.3 数据审查264

5.12.2.4 数据分析268

5.12.2.5 嵌套式实验进展的回顾和结论271

5.12.3 用回归法进行嵌套式鉴定数据许用值计算实例272

5.12.4 供应商C制造供应商A材料的鉴定275

5.12.4.1 引言275

5.12.4.2 鉴定计划276

5.12.4.3 工艺批的热压罐固化程序280

5.12.4.4 工艺和试验批进度280

5.12.4.5 供应商C S2 G/Ep材料的变异源290

5.12.4.6 总结292

5.12.5 使用嵌套式方法的设计许用值293

5.12.6 嵌套式鉴定成本问题294

5.12.7 总结302

参考文献303

第6章 生产用材料与工艺的质量控制307

6.1 引言307

6.2 材料采购质量保证程序307

6.2.1 规范和文件307

6.2.2 供应商阶段的材料控制308

6.2.2.1 工艺过程控制文件（PCD）308

6.2.2.2 统计过程控制（SPC）308

6.2.2.3 交付试验309

6.2.3 用户阶段的材料控制310

6.2.3.1 批次验收／来料检验310

6.2.3.2 贮存期和外置时间控制311

6.3 零件制造检验311

6.3.1 工艺过程检验311

6.3.2 无损检测（NDI）312

6.3.3 破坏性试验（DT）313

6.3.3.1 背景313

6.3.3.2 用途313

6.3.3.3 破坏性试验方法314

6.3.3.4 实施指南314

6.3.3.5 试验类型315

6.4 材料和工艺过程变化的处理316

6.4.1 引言316

6.4.2 新材料或工艺过程的鉴定316

6.4.2.1 问题说明316

6.4.2.2 业务情况316

6.4.2.3 差异与风险316

6.4.2.4 技术上的可接受性318

6.4.2.5 许用值的建立和等同性确认318

6.4.2.6 生产准备状态318

6.4.2.7 经验教训318

6.4.3 差异和风险319

6.4.3.1 差异319

6.4.3.2 风险评估321

6.4.3.3 风险分析322

6.4.4 生产准备状态322

6.5 改进工艺的统计工具323

6.5.1 工艺反馈调整324

6.5.2 实验设计326

6.5.3 Taguchi332

参考文献332

第7章 复合材料设计333

7.1 与复合材料设计相关的特有问题333

7.2 设计过程334

7.3 材料和工艺的选择334

7.3.1 材料的选择335

7.3.2 制造工艺的选择336

7.3.3 质量控制336

7.3.4 可生产性336

7.3.5 模具336

7.3.6 环境的影响336

7.4 结构概念336

7.4.1 层压板、夹层结构和加筋结构336

7.4.2 铺层选择336

7.4.3 剪裁特性336

7.5 零件详细设计337

7.5.1 弹性特性338

7.5.2 层压板设计考虑338

7.5.3 热相容性／低热膨胀系数（CTE）339

7.5.4 复合材料／金属界面339

7.5.5 保障设计339

7.5.6 连接设计339

7.5.6.1 机械紧固件连接339

7.5.6.2 胶接连接340

7.5.7 损伤阻抗／损伤容限342

7.5.8 耐久性342

7.5.9 雷击342

7.6 优化342

7.7 经验教训342

参考文献355

第8章 层压板分析357

8.1 引言357

8.2 单层的基本性能和细观力学357

8.2.1 假设358

8.2.1.1 材料的均质性假设358

8.2.1.2 材料的正交各向异性假设358

8.2.1.3 材料的线性假设358

8.2.1.4 残余应力358

8.2.2 纤维（增强）复合材料：应力-应变性能358

8.2.2.1 弹性性能358

8.2.2.2 黏弹性性能358

8.2.3 纤维（增强）复合材料：物理性能359

8.2.3.1 热膨胀和湿膨（泡）胀359

8.2.3.2 热传导和湿扩散360

8.2.4 厚板复合材料三维单层性能360

8.3 层压板刚度分析360

8.3.1 层压板理论360

8.3.2 层压板的性能361

8.3.2.1 薄膜应力361

8.3.2.2 弯曲363

8.3.2.3 热膨胀366

8.3.2.4 湿膨胀367

8.3.2.5 传导367

8.3.3 模量值在分析中的应用367

8.3.4 湿热分析368

8.3.4.1 对称层压板369

8.3.4.2 非对称层压板369

8.3.5 厚板复合材料三维单层性能370

8.4 层压板面内应力分析370

8.4.1 机械载荷引起的应力370

8.4.2 由温度和湿度引起的应力371

8.4.3 网格分析373

8.4.4 非线性应力分析375

8.5 一般层压板强度估算376

8.5.1 单层强度和失效模式376

8.5.1.1 轴向拉伸强度377

8.5.1.2 轴向压缩强度379

8.5.1.3 基体模式的强度381

8.5.2 层压板级失效模式383

8.5.2.1 拉伸383

8.5.2.2 压缩384

8.5.2.3 基体裂纹385

8.5.3 单向带横向拉伸性能的影响386

8.5.4 铺层顺序对强度的影响386

8.5.5 由单层强度到层压板强度387

8.6 层压板面内强度估算388

8.6.1 从单层到层压板的分析方法390

8.6.1.1 初始层失效390

8.6.1.2 后续失效394

8.6.2 纤维失效分析方法（层压板级失效）394

8.6.2.1 最大应变理论用于玻璃纤维复合材料394

8.6.2.2 缩减最大应变理论用于碳纤维复合材料395

8.6.2.3 用最大应变理论估算强度397

8.6.3 应力集中处层压板强度估算398

8.7 层内与层间应力及失效分析401

8.7.1 面外载荷401

8.7.2 层间应力401

8.7.2.1 边缘效应402

8.7.2.2 层厚突变403

8.7.2.3 弯曲层压板中的层间应力403

8.7.3 分层403

8.7.3.1 压缩405

8.7.4 应变能释放率断裂力学计算406

8.7.4.1 引言406

8.7.4.2 确定应变能释放率的主要步骤408

8.7.4.3 计算G411

8.7.4.4 模式混合的确定415

8.7.4.5 二维和三维的实际应用416

参考文献417

第9章 结构稳定性分析426

9.1 引言426

9.2 压缩屈曲和压损426

9.2.1 平板的屈曲426

9.2.1.1 引言426

9.2.1.2 初始屈曲427

9.2.1.3 单轴载荷——所有边简支的长平板427

9.2.1.4 单轴载荷——所有边固支的长平板429

9.2.1.5 单轴载荷——三边简支、一非受载边自由的长平板429

9.2.1.6 单轴和双轴载荷——所有边简支的平板429

9.2.1.7 单轴载荷——加载边简支、非加载边固支的平板430

9.2.1.8 铺层顺序对屈曲的影响430

9.2.2 压缩后屈曲和压损433

9.2.2.1 分析模型436

9.2.2.2 压损曲线的确定438

9.2.2.3 筋条压损强度的确定439

9.2.2.4 转角半径和填充料的影响441

9.2.2.5 细长比修正441

9.2.2.6 疲劳影响442

9.2.3 小结442

9.3 剪切屈曲442

9.4 加筋壁板的稳定性442

参考文献442

第10章 连接的结构特性444

10.1 背景444

10.2 引言445

10.3 胶接连接设计446

10.3.1 被胶接件厚度的影响：被胶接件破坏与胶接破坏的关系446

10.3.2 连接几何形状的影响447

10.3.3 被胶接件刚度不匹配的影响448

10.3.4 胶黏剂韧性响应的影响448

10.3.5 复合材料被胶接件的性能450

10.3.6 胶接缺陷的影响451

10.4 胶接连接的应力分析452

10.4.1 胶黏剂的一般应力452

10.4.1.1 胶黏剂剪应力453

10.4.1.2 剥离应力457

10.4.2 等厚度被胶接件的单搭接和双搭接459

10.4.2.1 胶层在弹性响应范围内的连接特性459

10.4.2.2 热应力影响467

10.4.2.3 塑性对连接应力的影响469

10.4.2.4 复合材料被胶接件横向剪切和铺层顺序的影响472

10.4.3 斜削和多阶梯被胶接件473

10.4.4 T连接482

10.4.5 有限元建模482

10.4.5.1 重要性和挑战482

10.4.5.2 应力分析例子483

10.4.5.3 结论摘要485

10.5 胶接连接的断裂分析485

10.6 胶接连接耐久性486

参考文献488

第11章 螺栓连接设计和分析492

11.1 背景492

11.2 引言493

11.3 螺栓连接分析493

11.3.1 连接中的载荷分配493

11.3.2 螺栓连接局部破坏分析496

11.3.3 失效准则501

11.4 螺栓连接设计502

11.4.1 几何形状502

11.4.2 铺贴和铺层顺序502

11.4.3 紧固件选择502

11.5 螺栓连接疲劳503

11.5.1 载荷模式的影响504

11.5.2 连接几何形状的影响504

11.5.3 接头接触细节的影响505

11.5.4 层压板铺层比例的影响505

11.5.5 环境的影响505

11.5.6 试件厚度的影响505

11.5.7 剩余强度506

11.6 试验验证506

参考文献507

第12章 损伤阻抗、耐久性和损伤容限510

12.1 概述510

12.1.1 原理511

12.1.2 复合材料相关条款512

12.1.3 飞机损伤容限512

12.1.4 通用指南514

12.2 飞机条例、要求和符合性515

12.2.1 民航条例和指南516

12.2.1.1 含损伤结构静强度517

12.2.1.2 损伤容限和疲劳518

12.2.2 损伤类型523

12.2.2.1 第一类损伤523

12.2.2.2 第二类损伤524

12.2.2.3 第三类损伤524

12.2.2.4 第四类损伤524

12.2.2.5 第五类损伤524

12.2.2.6 影响损伤分类的因素525

12.2.3 载荷和损伤的关系525

12.2.4 符合性方法528

12.2.4.1 确定性符合性方法529

12.2.4.2 概率或半概率符合性方法533

12.3 设计的发展和验证537

12.3.1 损伤设计准则537

12.3.1.1 第一类损伤537

12.3.1.2 第二类损伤538

12.3.1.3 第三类损伤539

12.3.1.4 第四类损伤539

12.3.1.5 未定义事件造成的大型损伤539

12.3.2 验证539

12.3.2.1 第一类损伤540

12.3.2.2 第二类损伤540

12.3.2.3 第三类损伤541

12.3.2.4 第四类损伤541

12.3.2.5 全尺寸试验541

12.3.3 第五类损伤的处理545

12.3.4 附加的设计研发指南547

12.4 缺陷和损伤检测547

12.4.1 飞机服役期检测程序548

12.4.2 损伤检测数据的研发549

12.4.3 检测计划研发550

12.4.4 环境退化和意外损伤评级系统551

12.4.5 机群领先飞机计划552

12.4.6 检出概率研究552

12.5 损伤阻抗552

12.5.1 影响因素553

12.5.1.1 对以前冲击研究结果的概述553

12.5.1.2 穿透冲击555

12.5.1.3 高速冲击557

12.5.1.4 材料类型和形式的影响557

12.5.1.5 损伤的深度558

12.5.1.6 层压板厚度的影响559

12.5.1.7 结构尺寸影响561

12.5.1.8 夹芯结构563

12.5.2 设计问题和指南565

12.5.2.1 用对冲击的研究来确定关键损伤566

12.5.2.2 结构布置和设计细节566

12.5.2.3 机械冲击567

12.5.2.4 鸟撞567

12.5.2.5 地面冰雹567

12.5.2.6 飞行冰雹569

12.5.2.7 雷击570

12.5.2.8 操作和踩踏载荷570

12.5.2.9 外露的边缘572

12.5.2.10 液体渗入572

12.5.2.11 过热572

12.5.2.12 老化572

12.5.2.13 化学污染572

12.5.2.14 修理拆卸572

12.5.3 试验问题572

12.5.4 分析方法572

12.6 耐久性和循环载荷下的损伤扩展572

12.6.1 影响因素572

12.6.1.1 循环应力比R和谱效应573

12.6.1.2 环境573

12.6.2 设计问题和指南573

12.6.2.1 设计细节573

12.6.2.2 损伤容限的若干考虑574

12.6.3 试验问题574

12.6.3.1 复合材料的分散性分析575

12.6.3.2 寿命因子方法579

12.6.3.3 利用分散性分析的载荷放大因子581

12.6.3.4 极限强度方法586

12.6.3.5 谱的截除和截取587

12.6.3.6 试验环境589

12.6.3.7 损伤扩展589

12.6.4 分析方法590

12.6.4.1 耐久性和损伤起始分析590

12.6.4.2 损伤扩展分析597

12.6.4.3 累积寿命预测600

12.7 剩余强度601

12.7.1 影响因子601

12.7.1.1 损伤阻抗与剩余强度的关系601

12.7.1.2 带冲击损伤的结构601

12.7.1.3 带有穿透损伤的结构610

12.7.2 设计内容和指南620

12.7.2.1 铺层顺序620

12.7.2.2 夹层结构620

12.7.3 试验内容620

12.7.3.1 试样冲击试验621

12.7.3.2 加筋板冲击试验621

12.7.3.3 夹层板冲击试验621

12.7.3.4 加筋板大型穿透损伤试验621

12.7.3.5 夹层板大型穿透损伤试验621

12.7.4 分析方法621

12.7.4.1 大尺寸穿透损伤621

12.7.4.2 单一分层和脱胶628

12.7.4.3 冲击损伤632

12.7.4.4 切口和凹槽636

12.8 应用／实例637

12.8.1 旋翼机637

12.8.1.1 损伤637

12.8.1.2 环境637

12.8.1.3 与关键失效模式有关的试验加载条件637

12.8.1.4 试验载荷——载荷放大因子（LEF）638

12.8.1.5 谱截除638

12.8.1.6 剩余强度试验638

12.8.2 商用飞机（波音777尾翼扭力盒段）639

12.8.2.1 耐久性-环境639

12.8.2.2 耐久性-机械载荷639

12.8.2.3 损伤640

12.8.2.4 损伤容限-“无扩展”试验640

12.8.2.5 损伤容限-剩余强度641

12.8.2.6 检测计划642

12.8.3 通用航空（Raytheon星舟号）642

12.8.3.1 引言642

12.8.3.2 损伤容限评估643

12.8.3.3 使用经历648

12.8.3.4 结论649

12.9 支持性说明650

12.9.1 符合性650

12.9.1.1 飞机实际可能遇到的冲击能量威胁650

12.9.2 损伤阻抗652

12.9.2.1 编制冰雹威胁分布652

12.9.3 耐久性和损伤扩展653

12.9.3.1 耐久性和损伤起始实例研究653

12.9.3.2 损伤扩展实例研究656

12.9.4 剩余强度658

12.9.4.1 无构型缺口强度封闭预测方法的比较658

12.9.4.2 为确定Mar-Lin参数Hc和n的NASA/Boeing ATCAS方法661

12.9.4.3 利用构型因子预测结构损伤容限的实例662

12.9.4.4 与实施应变-软化相关的问题665

12.9.4.5 应变-软化在缺口压缩中的应用668

12.9.4.6 R曲线实例669

参考文献671

第13章 缺陷、损伤和检测686

13.1 缺陷和损伤686

13.1.1 缺陷和损伤的起源686

13.1.1.1 制造和修理686

13.1.1.2 使用687

13.1.2 损伤类型688

13.1.2.1 基体瑕疵688

13.1.2.2 分层和脱胶689

13.1.2.3 纤维断裂689

13.1.2.4 裂纹690

13.1.2.5 刻痕、划伤和坑槽690

13.1.2.6 凹痕690

13.1.2.7 贯穿690

13.1.2.8 受损伤紧固件孔690

13.1.2.9 磨蚀690

13.1.2.10 热损伤690

13.1.2.11 雷击损伤691

13.1.2.12 组合损伤691

13.1.2.13 由液体侵入夹层壁板造成的损伤691

13.2 检测方法691

13.2.1 无损检测691

13.2.1.1 目视检测691

13.2.1.2 敲击试验／兰姆波692

13.2.1.3 超声检测692

13.2.1.4 X射线照相694

13.2.1.5 剪切成像法695

13.2.1.6 热成像法696

13.2.1.7 湿度计697

13.2.1.8 胶接试验器697

13.2.1.9 涡流法697

13.2.2 破坏检测697

13.2.3 实例698

13.2.3.1 目测检查698

13.2.3.2 超声波检测699

13.2.3.3 X射线照相701

13.2.3.4 剪切成像703

13.2.3.5 热成像704

13.2.3.6 有损检测（横截面）707

参考文献709

第14章 可支持性、维护与修理710

14.1 引言710

14.2 重要考虑事项711

14.3 使用经验712

14.4 检测715

14.5 损伤评定717

14.5.1 评定人员的授权717

14.5.2 评定人员的资格717

14.5.3 损伤评定的信息717

14.5.4 对修理场所的考虑718

14.6 修理设计和证实719

14.6.1 修理设计准则719

14.6.1.1 构件的刚度720

14.6.1.2 静强度和稳定性720

14.6.1.3 耐久性721

14.6.1.4 损伤容限722

14.6.1.5 相关的飞机系统722

14.6.1.6 空气动力光顺性722

14.6.1.7 重量与平衡723

14.6.1.8 工作温度723

14.6.1.9 环境723

14.6.1.10 周围的结构724

14.6.1.11 临时修理724

14.6.2 证实要求725

14.7 复合材料结构的修理727

14.7.1 引言727

14.7.2 损伤清理和修理部位的准备728

14.7.3 螺栓连接修理728

14.7.3.1 概念728

14.7.3.2 材料729

14.7.3.3 分析730

14.7.3.4 修理程序730

14.7.3.5 螺栓连接修理举例731

14.7.4 胶接修理732

14.7.4.1 概念732

14.7.4.2 材料733

14.7.4.3 分析734

14.7.4.4 修理程序755

14.7.4.5 胶接修理举例758

14.7.5 夹层结构（蜂窝芯）修理758

14.7.5.1 修理概念759

14.7.5.2 芯子的修复759

14.7.5.3 修理程序760

14.7.5.4 夹层结构修理举例761

14.7.6 修理质量保证761

14.7.6.1 过程中的质量控制761

14.7.6.2 修理后的检测762

14.8 金属结构的复合材料修理（CRMS）763

14.9 维护文件764

14.9.1 确定允许的损伤限764

14.9.2 修理限制765

14.10 考虑可支持性的设计766

14.10.1 前言766

14.10.2 可检性767

14.10.2.1 一般设计考虑767

14.10.2.2 检测的可达性768

14.10.3 材料选择768

14.10.3.1 引言768

14.10.3.2 树脂和纤维768

14.10.3.3 产品的形式770

14.10.3.4 胶黏剂770

14.10.3.5 可支持性问题771

14.10.3.6 环境的有关问题771

14.10.4 损伤阻抗、损伤容限和耐久性772

14.10.4.1 损伤阻抗772

14.10.4.2 损伤容限773

14.10.4.3 耐久性773

14.10.5 环境适应性773

14.10.5.1 取消／减少重金属774

14.10.5.2 关于除漆要求的考虑774

14.10.5.3 修理材料的存储期和存储稳定性774

14.10.5.4 清洁要求774

14.10.5.5 无损检测要求775

14.10.5.6 寿命结束时的废弃考虑775

14.10.6 可靠性和可维护性775

14.10.7 互换性和可更换性775

14.10.8 可接近性776

14.10.9 可修理性776

14.10.9.1 一般设计方法777

14.10.9.2 修理设计问题779

14.10.9.3 编织、机织或缝纫结构的修理780

14.11 后勤要求780

14.11.1 培训780

14.11.2 备件782

14.11.3 材料782

14.11.4 设施783

14.11.5 技术数据784

14.11.6 支持设备785

14.11.6.1 固化设备785

14.11.6.2 冷藏室786

14.11.6.3 打磨／抛光棚786

14.11.6.4 NDI设备786

参考文献787

第15章 厚截面复合材料790

15.1 引言和厚截面的定义790

15.2 厚截面复合材料3D分析要求的力学性能791

15.2.1 复合材料2D分析792

15.2.2 复合材料3D分析792

15.2.2.1 单向层3D性能793

15.2.2.2 多向正交各向异性层压板的3D性能793

15.2.3 理论性能确定794

15.2.3.1 3D单层性能确定794

15.2.3.2 3D层压板性能确定796

15.2.4 试件设计考虑800

15.3 厚截面复合材料结构分析方法800

15.4 厚截面复合材料3D分析所要求的物理性能分析800

15.5 厚截面复合材料的工艺分析方法800

15.6 失效准则800

15.7 影响厚截面许用值（即安全裕度）的因素800

15.8 厚板的验证问题800

参考文献800

第16章 坠毁适航及能量管理802

16.1 概论和一般指导原则802

16.1.1 每节内容的组织802

16.1.2 坠毁适航的原则802

16.1.3 与复合材料相关的问题803

16.1.4 专门名词805

16.1.5 目前的研究和发展806

16.1.6 规范车体和安全标准的回顾808

参考文献809

第17章 结构安全管理812

17.1 简介812

17.1.1 背景812

17.1.2 目标及范围814

17.2 安全风险管理概述814

17.2.1 定义814

17.2.2 安全风险管理过程814

17.2.3 危险识别和初始安全评估815

17.2.4 风险分析和策略815

17.2.5 风险评估和缓解措施815

17.3 结构安全和规章816

17.3.1 资料来源816

17.3.2 规章816

17.3.3 指导文件817

17.4 结构安全评估考虑817

17.4.1 设计818

17.4.2 制造818

17.4.3 维护818

17.4.4 操作819

17.4.5 适航要求819

17.4.6 结构完整性819

17.4.6.1 寿命周期考虑820

17.4.7 实例说明821

17.4.7.1 261航班821

17.5 结构安全管理过程822

17.5.1 结构描述822

17.5.2 不安全状态和损伤威胁的识别822

17.5.3 风险分析822

17.5.4 风险评估823

17.5.5 风险缓解823

17.6 结构安全管理的应用825

17.6.1 应用：对被修理部件而言，很少依赖OEM所带来的问题825

17.6.2 应用：涉及金属胶接的不符合规范的超常修理825

17.6.3 应用：有关复合材料不符合规范的超常修理827

参考文献829

第18章 环境管理831

18.1 引言831

18.1.1 范围831

18.1.2 再循环的专门术语831

18.2 再循环的基础结构834

18.2.1 再循环基础结构开发模型834

18.2.2 基础结构需求835

18.2.3 再循环教育835

18.3 复合材料再循环经济学835

18.4 复合材料废料物流836

18.4.1 工艺废料837

18.4.2 已用过的复合材料废料837

18.5 减少复合材料废料物流的来源838

18.5.1 恰好及时和刚好够用的材料投放838

18.5.2 电子商务数据管理839

18.5.3 废料最小化指南839

18.5.3.1 预浸料839

18.5.3.2 树脂839

18.5.3.3 纤维839

18.5.3.4 固化剂839

18.5.3.5 热压罐材料839

18.5.3.6 包装材料839

18.5.4 轻重量839

18.6 复合材料零部件和材料的再利用840

18.6.1 复合材料零部件的再利用840

18.6.2 加工成较小的零部件840

18.7 材料交换840

18.7.1 初级材料的再分配840

18.7.2 复合材料交换服务机构840

18.7.2.1 未用过材料的管理841

18.7.2.2 包装841

18.7.2.3 管理文件编制841

18.7.2.4 未用过材料说明书841

18.7.2.5 DOD（国防部）再出售限制841

18.8 复合材料再循环841

18.8.1 可拆卸和可再循环的设计841

18.8.1.1 紧固件842

18.8.1.2 胶黏剂842

18.8.1.3 混杂复合材料842

18.8.2 再循环后勤842

18.8.2.1 收集和运输842

18.8.2.2 纤维和基体的识别843

18.8.3 复合材料再循环工艺流程843

18.8.3.1 尺寸减小843

18.8.3.2 基体的除去844

18.8.3.3 纤维的再利用844

18.8.3.4 除去基体的产品845

18.8.3.5 其他再循环和工艺方法845

18.8.4 废预浸料的再循环845

参考文献846