第八章-复合材料结构耐久性损伤容限设计4-3.doc

第八章-复合材料结构耐久性损伤容限设计4-3课题第八章复合材料结构耐久性损伤容限设计(三)目的与要求提高零部件耐久性/损伤容限的特殊设计方法和材料使用因素损伤容限分析和疲劳特性概述了解耐久性/损伤容限设计实例复合材料制件的疲劳特性分析方法重点损伤容限分析和疲劳特性概述复合材料制件的疲劳特性分析方法难点复合材料制件的疲劳特性分析方法教具复****提问耐久性/损伤容限设计的特点是什么?复合材料制件的疲劳特性分析方法有哪些?新知识点考查损伤容限分析和疲劳特性布置作业课堂布置课后回忆损伤容限分析和疲劳特性?复合材料制件的疲劳特性分析方法有哪些?备注教员提高零部件耐久性/损伤容限的特殊设计方法损伤的极限通常损伤程度碳纤维复合材料存在缺陷/损伤时,因其强度下降时可能高达60%左右,因此按照损伤容限设计的结构厂采取较低的许用值进行控制,一般情况不超过4000μξ。零部件强度的下降必定导致系统性能的下降,设计过程中使用的降低了的许用值,必定不能充分发挥材料的最大性能,不但影响了设计的效率,而且给工艺制造过程和质量控制造成过大的裕度和能源浪费。当前的设计目标为了充分发挥复合材料的潜在优势,近年来国内外提高了损伤容限,也提高设计许用值。从最初设计阶段、工艺制造过程和质量控制方面综合考察,要求设计许用值达到6000μξ。根据国外的相关报道,经过数年的科研工作,在飞机设计方面采用的复合材料构件已经达到上述要求。机翼结构设计的拉、压设计许用应变值提高到6000μξ;剪切应变值提高10000μξ。设计思想提高结构的抗损伤能力抑制损伤的形式;减少损伤范围,如减少冲击的区域;抑制或阻止损伤进一步发生。提高结构包容损伤的能力提高复合材料结构受损后的剩余强度和疲劳强度/疲劳寿命;采用更先进的复合材料成形技术,增加制件自身的性能;使用强度更高的体积材料和增强材料,保证“原材料”的性能;采用合理的浸润工艺,提高界面相的性能。提高结构耐久性/损伤容限的特殊设计技术软化带设计技术受拉壁板机械连接区软蒙皮设计技术设计的基本思想软蒙皮铺设角的铺放比例固化方式筋条和蒙皮的铺放实例夹胶膜技术设计的基本思想中间层波音777尾翼的设计实例三维增强(Z向增强)技术目的主要是为了抑制冲击等引起的分层损伤的扩展,用以提高符合材料结构的冲击阻抗。工艺分类厚度方向增强的纺织复合材料三维编制Z向增强Z向缝纫RFI树脂膜渗透成形技术RTM也称为树脂传递模塑成形技术Z向销连接技术连接作用厚度方向的增强,提高厚度方向弱的层间剪切力;为层压板或蜂窝结构提高Z向的连接件预制件;整体件的局部增强。采用特殊设计技术需求注意问题损伤情况复杂复合材料损伤性是众多,形成和扩散机理不同,针对不同的损伤设计不同的方案,提高损伤容限;上述方法仅仅着眼于改善冲击损伤容限,不可用于其它损伤/缺陷的使用,否则引起相反的效果;对于主要承受拉伸载荷或拉-剪载荷的结构,构件中的孔或其它穿透性的缺陷或损伤值得认真设计。综合使用各种工艺方法单一方法的局限性两种方法的综合运用多种方法运用的优点和缺点事例加强关键重要件分析系统中的关键重要件设计加强方法实验验证强度刚度耐久性损伤容限质量成本制造工艺要求在零件实施损伤容限分析和疲劳特性概述损伤容限分析方法概述含孔(裂纹)等穿透损伤时层压板的拉伸剩余强度孔边效应/应变进行分析利用判据,计算剩余强度损伤影响(DamageInfluence,简称DI)失效判据损伤区域纤维断裂(FiberbreakinginDamagezone,简称FD)失效判据含冲击损伤时的压缩剩余强度计算出冲击损伤区域的大小利用弯曲应变能密度分层判据分析基体强度层间强度假设条件和控制方法剪切应变能判据分析查阅设计手册利用FD和DI判据估算含冲击损伤层压板的压缩剩余强度估算剩余强度的判据损伤影响(DI)失效判据该判据可以表示为:当缺口(或损伤)附近特征点处的加权法向应力达到层压板的破坏强度时,含损伤层压板出现破坏,其数学表达式为:其中Di满足下式的X值::层压板的无损强度;:损伤附近区域的法向应力分布;W:试样宽度;:与损伤形式(孔,裂纹,分层、冲击损伤等)、载荷形式及性能有关的常数。对圆孔拉伸:Aij:为层压板的面内刚度系数;V:层压板的波松比;:为层压板的孔边应力集中系数。损伤区纤维断裂(FD)失效判据剩余强度的估算含孔复合材料层压板的拉伸剩余强度;含冲击损伤层压板压缩剩余强度的估算。疲劳特性课后作业简要陈述损伤极限的主要内容采用特殊设计技术需求注意问题有哪些?简要陈述损伤容限分析方法的判据.