吴志巨

【摘 要】通过对现阶段国内外飞机结构使用复合材料的许用值，对其设计许用值的取值方法和如何确定许用值进行研究，复合材料结构许用值的表征与应用有什么样的关系和区别，为他们提供了更加明确的含义，通过实验表明统计的分析方式，内容包含了如何确定静强度、损伤容限、疲劳强度的方式和设计许用值的确定方式，是整个设计与审定的根本依据与关键问题，对材料的许用值与设计的许用值进行研究，是飞机结构材料安全性和可靠性的基础。

【关键词】复合材料 飞机结构 设计许用值 确定方法

1 材料许用值

1.1 表征与应用

材料许用值指的是通过对实验数据进行相关的系统的统计分析，得到了材料的性能值的大小，通常用平均值来表示，静定结构表征与超静定结构表征。在复合材料的使用中，复合材料的许用值可以采用材料的应变值来表示。

复合材料中的材料许用值通常是用评估材料的分散性来做研究的，以及环境对材料有什么样的影响，通过确定设计许用值的基础，来对设计分析的模量值进行相应的分析，但是，要注意的是，除了模量值之外，其他的材料许用值都不能直接的用在复合型材料中的结构设计中去[1]。

1.2 实验

对于材料许用值的实验，多采用试样级的实验进行，应该适当地考虑复合材料自身的结构特征，包括其铺层设计与材料的厚度、对环境有什么影响、是否有缺口效应、机械紧固连接有什么程度的挤压破坏等等问题，要对相应的事件数与合理的实验手段相结合[2]。

1.3 实验数据的分析

复合材料相对来说静度强、剩余的强度与疲劳的寿命实验的数据具有极强的分散性，对统计的分析方式一般采用的是性能试验的数据进行统计，并且要根据同级的材料许用值，对复合材料进行详细的分析，根据数据中与现实的差异性纳入到设计许用值当中去。需要注意在进行数据分析前要先将异常的数据进行舍弃，再对数据进行优化处理，再进行分析[3]。

2 设计许用值

复合材料的结构的研发过程中，设计许用值确定之前要给出研发过程中的设计许用值，便于在今后的工作中进行设计分析，确定了几何的尺寸。最终对设计许用值是否用于复合材料中进行审核。

2.1 静强度的设计许用值

静强度的设计许用值指的是在材料许用值的基础上，对更高层的试件进行实验的验证得出的结果。通过对静强度的研究，在静强度的设计许用值的载荷作用下的结构是如何进行限制的，限制值是多少。静强度的设计许用值应该包括拉伸的强度、剪切的强度与压缩的强度三种。

2.2 疲劳强度设计许用值

对于疲劳强度的设计许用值，我们应该考虑的是在是热的环境下会受到什么样的影响。对每种环境的状态进行检测，其中包括高温湿热状态、室温环境状态，大致需要约四个应力的水平疲劳的寿命实验，对应力的水平进行选取，选择最靠近它的疲劳门槛值[4]。

2.3 损伤容限的设计许用值

这类损伤容限的设计许用值大致可以分为两类，一是成分中还有BVID的复合材料结构的设计许用值，也就是静强度的设计许用值，这类的设计许用值是为了符合FAR25.305的设计的载荷条件进行分析使用的设计许用值。二是根据最大设计损伤的符合材料结构的设计许用值，也可以叫做损伤容限设计许用值，这类设计许用值是为了符合FAR25.571的损伤容限的程度进行分析需要的设计许用值[5]。

2.4 国内外的复合材料的设计许用值

表1当前主要飞行器制造企业符合材料设计许用值

公司

部件名称

材料体系

拉伸设计许用值

压缩设计许用值

剪切设计许用值

Boeing

B777尾翼蒙皮

T800H/3900-2

3000-3500

2700

5.3

Airbus

A310垂直安定面

T200/913C

2800

2800

Airbus

A320垂直安定面

T300/913C

3200

3200

Airbus

A330、A340外翼

HTA/6376

5000

洛克希德

L-01011垂直安定面

T300/5208

4500

4000

西安飞机研究院

Y7垂直安定面

T300/913C

3200

3200

从数据表格表1我们可以发现，经典飞机复合材料的设计许用值基本都控制在三千到五千左右。

2.5 修理的设计许用值

复合材料的结构修理方案通常可以采用对修理部位的构型模拟实验、材料与工艺的试件实验。对修理设计的许用值，不需要以统计为基准的材料许用值，但是要根据材料的性能存在的差异性进行分析，尤其注意湿铺层的修理情况。

当实验获得了材料许用值之后，就可以针对少量的组合件或者子部件对实验的结果进行验证，并且结合相应的修理方法的设计于经验给出相应的修理设计的设计许用值。对于修理设计中的试样可以采用螺接单排螺栓或者双排螺栓的方式，或者采用胶接搭接的形式的方式进行简单的连接。可以通过这些实验获得材料挤压、净拉伸、旁路的实验值。

参考文献：

[1]王国平，黄领才.全复合材料机翼设计研制中的几个关键问题[A].中国复合材料学会.复合材料：生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C].中国复合材料学会，2002：5.

[2]杨胜春，沈真.复合材料连接许用值确定方法研究[A].中国复合材料学会、中国力学学会.复合材料力学的现代进展与工程应用——全国复合材料力学研讨会论文集[C].中国复合材料学会、中国力学学会，2007：2.

[3]杨胜春，沈真，周建锋.复合材料连接许用值确定方法研究[A].中国力学学会.第十五届全国复合材料学术会议论文集（下册）[C].中国力学学会，2008：4.