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复合材料，而有的设计师还喜欢热塑性树脂基体复合材料。他们认为，热塑性树脂基
体剥离强度高、不易分层，可重复加工，从而可避免加工报废等。目前，热塑性复合材
料应用还是十分有限的。原因主要是成本高、加工温度高、尺寸稳定性差。
第二节 9设计许用值定义与确定的一般原则
许用值是判断结构强度的重要指标。许用值是设计依据，主要根据试验所获得数据，经统计分析确定，试验量大、耗资多、周期长。因此，许用值定义与确定原则和 •44•
第三篇 /复合材料飞机结构设计
方法，备受关注。在结构设计中，材料性能的许用值通常以 “"基准值”和典型值形式
“基准值”、 给出。
金属材料的力学行为有屈服极限（或条件屈服极限），设计上以屈服作为破坏准则，建立设计许用值（基准值或 "基准值）。然而，复合材料的力学特性和破坏机理与金属材料完全不同，复合材料设计许用值确定出现许多新问题，必须采用与金属材料不同的原则和方法。现综合国内外研究结果和结构设计实践经验，给出复合材料结构设计许用值定义与确定的一般原则，以供参考。
一、许用值与设计许用值的定义与内涵
层合结构设计中，涉及单层、层合板、层合结构三个层次的性能，与其相应有材料工程常数、材料性能许用值和结构设计许用值。
材料工程常数是指单层性能，即复合材料基本力学性能，由单向板或织物双向板试样试验确定，共有 ，%，%，&%和 ’，’’，(，(’，)合计 *个性能数据。模量数据一般取典型值，与经典层合板理论一起计算（预估）层合板刚度系数。强度数据一般取月基准值，用于单层强度校核。此外，单层厚度（固化后）、热膨胀系数 " ，" %、湿膨胀系数 ，%等物理性能，直接用于结构设计分析。
许用值是材料性能许用值的简称。其定义是在一定的载荷与环境条件下，由层合板试样、元件或细节件等试验数据，经统计分析后确定的，具有一定置信度和可靠度的性能表征值。许用值建立在层合板级上，主要描述或表征复合材料层合板级的性能。复合材料层合板是可设计的，多种多样。因此，层合板级性能确定只能采用典型蒙皮类和梁、肋层合板试样。试验用于确定常温和湿 +热条件下层合板刚度和强度性能，以及缺陷 +损伤，特别是冲击损伤对性能的影响。层合板（开口）应力集中数据、挤压性能和连接件性能，需通过元件或细节件试验确定。层合板刚度数据用于校核层合板刚度计算值。层合板强度数据经统计分析获得许用值。许用值按拉伸、压缩和面内剪切不同载荷情况给出。连接性能数据用于连接设计许用值确定。
设计许用值是结构设计许用值的简称。其定义为“保证整个结构的完整性具有高置信度，在许用值的基础上，由设计师规定的设计限制值”。设计许用值是结构设计思想、设计要求的具体体现和设计师设计经验与教训的结晶。综合层合板性能和典型结构性能数据、设计要求、设计经验，设计师方可确定结构设计许用值（设计许用应变）。设计许用值的确定是否正确还必须由复合材料结构试验验证，常用具有典型结构特征的 ,加筋板试验验证并获得结构耐久性 +损伤容限特性和稳定性等方面的数据支持。
复合材料许用值与设计许用值的定义与内涵，充分体现了复合材料性能特点及
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其不同于金属材料的破坏机理和结构完整性要求，即：
（）复合材料应力一应变曲线直至突然断裂之前，一直是线弹性的，没有金属材料的屈服现象。有些树脂体系，在破坏之前会出现微裂纹；（"）树脂基复合材料对湿 热环境敏感；（）层合板刚度和强度是可设计的；（%）层合结构对缺陷 损伤，特别是冲击损伤十分敏感，其损伤容限和耐久性与金
属材料完全不同；（&）复合材料结构完整性研究直到 ’’(年 )月 *日颁布 +,-.—*/""+“飞机结构通用规范”才形成较完善的复合材料结构设计损伤容限要求和耐久性要求。复合材料许用值与设计许用值的研究历程回顾，请查阅参考文献［’ 0%］。
二、设计许用应变
金属材料设计许用值以应力表示，称“许用应力”。其定义为：“在各种工作条件下，为保证构件正常使用允许的最大应力”。因为，金属材料是各向同性材料，而且在屈服应力以下应力与应变关系呈线性关系，许用应力和许用应变是一致的。
由复合材料力学可知纤维增强复合材料与金属材料完全不同，单层力学性能是各向异性的。纵向强度和模量比横向强度和模量高出近两个数量级，但纵向和横向的破坏应变却在同一个数量级上，而且两者相差较小。再有，由层合板理论可知层合板应变沿厚度方向分布是线性的，但各单层的偏轴刚度不同，使其厚度方向应力分布不规则。厚度相同，铺层方向不同的层合板破坏应力可以相差很大，而破坏应变相差并不大，因此，层合结构的设计许用值选择应变，而不是应力表示，称设计许用应变。
三、设计许用应变确定一般原则
恰当确定设计许用应变会使所设计结构符合设计要求，又避免安全裕度过大，结构过重而返工。设计许用应变确定的基础是材料性能许用值。在层合板级上确定材料性能许用应变，首先要分析湿 热、缺陷 损伤、孔等影响因素对层合板性能的影响程度。进而，建立设计许用应变确定一般原则。
典型层合板在单轴拉伸或压缩载荷作用下，考虑最恶劣环境、缺陷、冲击损伤和孔的影响试验结果。表明：层合板拉伸强度主要影响因素是直径 )1 "&22的孔；层合板压缩强度主要影响因素是冲击损伤和直径 )1 "&22的孔。
据此，结构设计许用应变的确定：拉伸设计许用应变确定以带孔板干态拉伸试验数据为基础；压缩设计许用应变确定以目视勉强可检冲击损伤试样湿 热恶劣环境下试验数据为基础；剪切设计许用应变确定以湿 热恶劣环境条件下试样试验结果为基础。实际上，纯剪切应力状态为对角拉伸与压缩组合；剪切应变 （单位为弧度）可以
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用其对角线线应变之和表示。设计许用应变确定的一般原则：（）拉伸设计许用应变主要考虑层合板开孔（" %&&孔径）试样、干冷条件下拉伸性能表征值，有时还考虑连接挤压特性；
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