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復合材料，而有的設計師還喜歡熱塑性樹脂基體復合材料。他們認為，熱塑性樹脂基
體剝離強度高、不易分層，可重復加工，從而可避免加工報廢等。目前，熱塑性復合材
料應用還是十分有限的。原因主要是成本高、加工溫度高、尺寸穩定性差。
第二節 9設計許用值定義與確定的一般原則
許用值是判斷結構強度的重要指標。許用值是設計依據，主要根據試驗所獲得數據，經統計分析確定，試驗量大、耗資多、周期長。因此，許用值定義與確定原則和 •44•
第三篇 /復合材料飛機結構設計
 
方法，備受關注。在結構設計中，材料性能的許用值通常以 “"基準值”和典型值形式
“基準值”、 給出。
金屬材料的力學行為有屈服極限（或條件屈服極限），設計上以屈服作為破壞準則，建立設計許用值（基準值或 "基準值）。然而，復合材料的力學特性和破壞機理與金屬材料完全不同，復合材料設計許用值確定出現許多新問題，必須采用與金屬材料不同的原則和方法。現綜合國內外研究結果和結構設計實踐經驗，給出復合材料結構設計許用值定義與確定的一般原則，以供參考。
一、許用值與設計許用值的定義與內涵
層合結構設計中，涉及單層、層合板、層合結構三個層次的性能，與其相應有材料工程常數、材料性能許用值和結構設計許用值。
材料工程常數是指單層性能，即復合材料基本力學性能，由單向板或織物雙向板試樣試驗確定，共有 ，%，%，&%和 ’，’’，(，(’，)合計 *個性能數據。模量數據一般取典型值，與經典層合板理論一起計算（預估）層合板剛度系數。強度數據一般取月基準值，用于單層強度校核。此外，單層厚度（固化后）、熱膨脹系數 " ，" %、濕膨脹系數 ，%等物理性能，直接用于結構設計分析。
許用值是材料性能許用值的簡稱。其定義是在一定的載荷與環境條件下，由層合板試樣、元件或細節件等試驗數據，經統計分析后確定的，具有一定置信度和可靠度的性能表征值。許用值建立在層合板級上，主要描述或表征復合材料層合板級的性能。復合材料層合板是可設計的，多種多樣。因此，層合板級性能確定只能采用典型蒙皮類和梁、肋層合板試樣。試驗用于確定常溫和濕 +熱條件下層合板剛度和強度性能，以及缺陷 +損傷，特別是沖擊損傷對性能的影響。層合板（開口）應力集中數據、擠壓性能和連接件性能，需通過元件或細節件試驗確定。層合板剛度數據用于校核層合板剛度計算值。層合板強度數據經統計分析獲得許用值。許用值按拉伸、壓縮和面內剪切不同載荷情況給出。連接性能數據用于連接設計許用值確定。
設計許用值是結構設計許用值的簡稱。其定義為“保證整個結構的完整性具有高置信度，在許用值的基礎上，由設計師規定的設計限制值”。設計許用值是結構設計思想、設計要求的具體體現和設計師設計經驗與教訓的結晶。綜合層合板性能和典型結構性能數據、設計要求、設計經驗，設計師方可確定結構設計許用值（設計許用應變）。設計許用值的確定是否正確還必須由復合材料結構試驗驗證，常用具有典型結構特征的 ,加筋板試驗驗證并獲得結構耐久性 +損傷容限特性和穩定性等方面的數據支持。
復合材料許用值與設計許用值的定義與內涵，充分體現了復合材料性能特點及
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其不同于金屬材料的破壞機理和結構完整性要求，即：
（）復合材料應力一應變曲線直至突然斷裂之前，一直是線彈性的，沒有金屬材料的屈服現象。有些樹脂體系，在破壞之前會出現微裂紋；（"）樹脂基復合材料對濕 熱環境敏感；（）層合板剛度和強度是可設計的；（%）層合結構對缺陷 損傷，特別是沖擊損傷十分敏感，其損傷容限和耐久性與金
屬材料完全不同；（&）復合材料結構完整性研究直到 ’’(年 )月 *日頒布 +,-.—*/""+“飛機結構通用規范”才形成較完善的復合材料結構設計損傷容限要求和耐久性要求。復合材料許用值與設計許用值的研究歷程回顧，請查閱參考文獻［’ 0%］。
二、設計許用應變
金屬材料設計許用值以應力表示，稱“許用應力”。其定義為：“在各種工作條件下，為保證構件正常使用允許的最大應力”。因為，金屬材料是各向同性材料，而且在屈服應力以下應力與應變關系呈線性關系，許用應力和許用應變是一致的。
由復合材料力學可知纖維增強復合材料與金屬材料完全不同，單層力學性能是各向異性的。縱向強度和模量比橫向強度和模量高出近兩個數量級，但縱向和橫向的破壞應變卻在同一個數量級上，而且兩者相差較小。再有，由層合板理論可知層合板應變沿厚度方向分布是線性的，但各單層的偏軸剛度不同，使其厚度方向應力分布不規則。厚度相同，鋪層方向不同的層合板破壞應力可以相差很大，而破壞應變相差并不大，因此，層合結構的設計許用值選擇應變，而不是應力表示，稱設計許用應變。
三、設計許用應變確定一般原則
恰當確定設計許用應變會使所設計結構符合設計要求，又避免安全裕度過大，結構過重而返工。設計許用應變確定的基礎是材料性能許用值。在層合板級上確定材料性能許用應變，首先要分析濕 熱、缺陷 損傷、孔等影響因素對層合板性能的影響程度。進而，建立設計許用應變確定一般原則。
典型層合板在單軸拉伸或壓縮載荷作用下，考慮最惡劣環境、缺陷、沖擊損傷和孔的影響試驗結果。表明：層合板拉伸強度主要影響因素是直徑 )1 "&22的孔；層合板壓縮強度主要影響因素是沖擊損傷和直徑 )1 "&22的孔。
據此，結構設計許用應變的確定：拉伸設計許用應變確定以帶孔板干態拉伸試驗數據為基礎；壓縮設計許用應變確定以目視勉強可檢沖擊損傷試樣濕 熱惡劣環境下試驗數據為基礎；剪切設計許用應變確定以濕 熱惡劣環境條件下試樣試驗結果為基礎。實際上，純剪切應力狀態為對角拉伸與壓縮組合；剪切應變 （單位為弧度）可以
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用其對角線線應變之和表示。設計許用應變確定的一般原則：（）拉伸設計許用應變主要考慮層合板開孔（" %&&孔徑）試樣、干冷條件下拉伸性能表征值，有時還考慮連接擠壓特性；
　
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