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（3）等代设计结构应与原金属结构功能、效能、互换性等相当，以满足结构整体要求。
二、结构设计要求
复合材料在性能、失效摸式、耐久性和损伤容限机理，以及制造工艺、质量控制等
方面与金属材料有显著差异。对此，设计要求作了补充和完善。 "4结构静强度设计要求总结复合材料结构已有设计应用实践，在结构静强度方面获得以下几点认识和
经验： 复合材料层合结构性能可设计，一般为各向异性的，并有独特的耦合效应，与
金属材料相比有着本质上的不同； "层合结构对面外载荷敏感； 层合结构可能出现的破坏形式是多种多样的；
•%)•
全尺寸结构的破坏模式是难以预测的；
"静强度试验可以识别出结构的“热点”（" %"），即薄弱点。
复合材料结构静强度设计应满足下列要求：
（&）设计情况的安全系数应按现行强度规范或专用强度设计准则选取；
（’）应保证在使用载荷作用下结构不产生有害的损伤或结构承载能力下降，在设计载荷作用下结构不出现总体破坏；
（(）应考虑重复载荷和环境（湿 )热）引起的性能退化；
（*）不可避免的制造缺陷和制造过程与使用过程中预计到的损伤，应不影响结构承载能力，即结构仍能承受设计载荷而不破坏；（+）组合受力状态下设计许用应变的确定，应保证其小于或等于单一受力状态下的设计许用应变；（,）强度评估应采用已经验证的单层失效准则，得到最先一层失效承载能力。若结构强度裕度过大，应引入层合板刚度退化模型，作进一步分析；
（-）强度分析应采用经验证的分析程序；
（.）应通过设计载荷下的部件试验程序来验证复合材料结构的静强度符合设计准则的程度和可能的强度储备。仅当有处理过类似设计、材料体系和载荷情况的经验时，才允许采用由组合件试验或使用载荷下的部件试验所支持的分析方法来验证。
’/结构刚度设计要求
复合材料结构刚度设计应满足下列要求：
（&）结构在使用载荷下不允许产生有害的变形如：最大变形不应妨碍飞机的正常操纵，变形不应引起外部载荷或内力分布有大的改变等；（’）在使用载荷下，不允许结构出现永久变形。复合材料结构一旦出现永久变形就表征该结构已有永久性损伤。
(/结构稳定性设计要求
虽然试验证明复合材料层合件屈曲后仍有承载能力，但其对疲劳性能影响，还难以评定。复合材料结构稳定性设计应满足下列要求：（&）对主承力结构总体失稳不允许在设计载荷下发生，局部失稳也不允许在设计载荷下发生。（’）对次承力结构总体失稳不允许在设计载荷下发生，局部失稳不允许在使用载荷下发生。（(）局部失稳一般考虑蒙皮壁板（压剪）失稳和梁、肋腹板剪切失稳。
*/结构疲劳 )耐久性设计要求
总结复合材料结构已有设计应用实践，在结构疲劳 )耐久性方面获得以下认识和 •*0(•
经验：
复合材料疲劳数据分散性大，对压缩载荷和高载荷敏感；
"疲劳寿命对谱载荷中高载荷的数目是敏感的；
薄层合板蒙皮和蜂窝夹层板对低能量冲击损伤（产生表面目视勉强可检损伤
"）敏感。蒙皮表面目视勉强可检的冲击损伤、不可见的蒙皮 %芯子之间的损伤（脱胶和芯子凹陷）会加速水分侵人，使修理频率增加，甚至更换构件，带来高的维修
成本；
薄层合板维修性 %后勤保障的经验很缺乏；
%按限制设计许用应变设计的复合材料结构，对疲劳是不敏感的。
复合材料结构疲劳 %耐久性设计应满足下列要求：
（&）复合材料结构初始质量，允许含有表面目视勉强可检的低能量冲击损伤和制
造工艺质量标准允许的空隙、分层和表面划伤等缺陷。
（’）疲劳损伤扩展是可能发生的基体开裂、分层，界面脱胶和纤维断裂等多种损
伤形式的无规则扩展与它们组合积累的结果，往往是缺乏规律性的。因此，疲劳破坏
准则可以是强度不足，但多数情况下，则表现为结构的刚度下降，不能满足设计要求
而失效。
从结构完整性考虑，规范要求：应考虑服役使用引起
“特别是对树脂基复合材料，
的损伤（如低速低能量冲击损伤、维护和操作损伤等），还必须研究对修理、维护和功
能的可能影响。应该证实，结构表面不易目视检出的损伤，将不会引起随后的部件退
化 %功能削弱或需要维护（例如，检查）。”
（(）疲劳寿命设计分析方法十分有限。采用限制设计许用应变小于复合材料疲
劳极限门槛值的疲劳门槛值设计方法，以结构静强度设计覆盖结构疲劳问题，需要有
试验支持。
（)）低能量冲击损伤及其耐久性要求
低能量冲击以使结构产生目视勉强可检的前表面损伤作为上限界划定。分析结
构可能遇到的使用与维护环境，编制典型的损伤源。
*+,-—./’’&*低能量冲击损伤及其耐久性要求列表给出如下：表 ( 0) 0&按使用中受到工具坠落冲击损伤的概率给出不同耐久性要求。表 ( 0) 0’按停机时受到的冰雹冲击和地面滑行时跑道碎石冲击两种冲击损伤
源给出耐久性要求。对飞机能承受的冰雹尺寸选择，应保证其代表了可能遇到冰雹的 123以上；而跑道碎石的选择也应代表大部分所遇到的碎石（或轮胎碎片），其速度取决于飞机性能。
（4）应根据可能遇到的低能量冲击损伤类型划分结构区域，并在研制试验程序中
评定这些区域耐久性对损伤源的敏感性。如果在研制试验中证实某一区域的耐久性 •)2)•
对重复冲击损伤源是敏感的，则应在全尺寸试验件上模拟这种损伤，并验证这种损伤的影响。表 " "%低能量冲击损伤及其耐久性要求（工具坠落冲击）
区域 损伤源 损伤水平 要求
区易遭受冲击区 ,&’ ())直径冲击头 ,低速 ,垂直于表面 不超过 *’ +的冲击能量或目视可检损伤（&’ ,))深且冲击能量不低于 ,’ ,+） ,&倍设计寿命期内无功能性障碍，或不需要结构修理且不渗水 ,不会由于一次 ,’ ,+的冲击，产生目视可检损伤
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本文链接地址：
飞机检测与维修实用手册 2(18)
