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翻译110516黄雷11051161与广泛应用的金属材料相比，复合材料在很多特性上与其不同。复合材料部分性能如下：复合材料具有高比强度（单位重量材料的强度）。复合材料具有更高的尺寸稳定性、耐腐蚀性和热循环能力。复合材料可根据已知加载条件改变提供大量结构上的选择方案。复合材料中组份材料强烈影响复合材料结构刚度、硬度与寿命。复合材料实际上无延展性。大多数复合材料为脆性材料，并几乎符合线性应力-应变失效法则。复合材料具有各向异性及非均匀性。复合材料力学性能与生产过程有很强的联系。因此，需特别注意生产过程，并意识到有效数据可能存在广泛变化范围与设计有效数据时仔细构造结构单元测试程序的必要性。复合材料对凹槽非常敏感。对于某些凹槽应力集中系数高于10时可能存在的。凹槽附近应力梯度非常高。在复合材料中，几何不连续点、材料不连续点附近有较大的面内应力梯度分布。面内应力梯度分布导致面外或层间应力产生。因为复合材料具有较小的厚度方向强度，分层会逐渐产生并发展。分层将会降低复合材料层板强度并导致失效。图1中列出一些典型易受几何不连续点与材料不连续点导致分层并产生的层剪应力影响较大的结构。复合材料由于环境及空气湿度的影响或温度变化的影响将会逐渐退化。与其他两个横向方向相比，沿纤维方向的热膨胀系数接近为0，或为较小的负值。复合材料对于意外损伤非常敏感。低速冲击会带来强度严重损失。图2阐释了常用复合材料系统在受到冲击能作用削弱强度之后受压带来的巨大的强度损失。在较厚的复合材料中，冲击带来的损伤在层内，此损伤或者外层表面不可见，或者几乎不可见。复合材料对于面内载荷疲劳敏感性较低。对于复合材料的认识：1、复合材料的比强度和比刚度较高。材料的强度除以密度称为比强度；材料的刚度除以密度称为比刚度。这两个参量是衡量材料承载能力的重要指标。比强度和比刚度较高说明材料重量轻，而强度和刚度大。这是结构设计，特别是航空、航天结构设计对材料的重要要求。现代飞机、导弹和卫星等机体结构正逐渐扩大使用纤维增强复合材料的比例。2、复合材料的力学性能可以设计，即可以通过选择合适的原材料和合理的铺层形式，使复合材料构件或复合材料结构满足使用要求。例如，在某种铺层形式下，材料在一方向受拉而伸长时，在垂直于受拉的方向上材料也伸长，这与常用材料的性能完全不同。又如利用复合材料的耦合效应，在平板模上铺层制作层板，加温固化后，板就自动成为所需要的曲板或壳体。3、复合材料的抗疲劳性能良好。一般金属的疲劳强度为抗拉强度的40～50%，而某些复合材料可高达70～80%。复合材料的疲劳断裂是从基体开始，逐渐扩展到纤维和基体的界面上，没有突发性的变化。因此，复合材料在破坏前有预兆，可以检查和补救。纤维复合材料还具有较好的抗声振疲劳性能。用复合材料制成的直升飞机旋翼，其疲劳寿命比用金属的长数倍。复合材料的出现和发展，是现代科学技术不断进步的结果，也是材料设计方面的一个突破。它综合了各种材料如纤维、树脂、橡胶、金属、陶瓷等的优点，按照需要设计，复合成为综合性能优异的新型材料。可以预见，如果用材料作为历史分期的依据，那么，继石器、青铜、铁器、钢铁时代之后，在世纪，将是复合材料的时代。比较航空和航天复合材料结构设计要求110515何程11051168由于航天与航空的使用区域区别，因而使得复合材料在航空器与航天器上使用的设计要求也不尽相同。而且任务和操作差异，飞机结构的要求不能直接用于为空间飞行器的结构要求。空间飞行器的飞行环境和承受的载荷很特殊，并且几乎没有可能再去检查和维修航天器的结构或在其任务条件下验证其结构的性能。因此，空间飞行器复合结构设计必须比飞机复合材料结构设计更加牢固可靠。然而，飞机行业的复合材料结构设计方面的经验为航天器的复合材料结构设计提供了一个参考和借鉴。第一点是相关的设计要求。飞机工业通过测试数量庞大的样本总结设计出了一套模块建立的方法。但航天器的生产数量很有限，因此用于航空专业的样本采集到模块建立的方法，要向应用于航天器，从成本和进度的角度来看，是不切实际的。第二点是强度要求。在航空和航天器中，对于强度的要求二者是一致的。航空和航天器复合材料的设计，都应首先满足强度，并考虑周围环境带来的影响，比如航空器的压强，温度，湿度，航空器的真空环境，高温等。强度许用值的生成通常是在不同环境下进行单轴测试实验而产生。航空航天器的强度设计准则一般有两种，一种用于冗余或自动防故障的结构设计，也就是说当结构的某一部分产生破坏时，结构能够自动重新分配载荷而不致失效；另一种用于防加载路径结构失效设计。第三点是安全因素的考虑。在航空器中复合材料的结构设计对于安全性的要求要比航天器更加严格。第四点是结构完整性。为了保证结构了完整性，航空航天器都建立了复杂、庞大的模块开发和统计数据库。对于航空航天器而言，其安全性和模块测试之间必须建立起一套有效的计算方法论。第五点是损伤容限。航空航天器复合材料结构设计遵循着类似的要求，如在发射前的发射载荷和其他损伤或缺陷的要求，航空航天器都是类似的。大多数航天器着陆后都没有在起飞的机会，因此飞行器和航天器的损伤容限要求很不相同，只是在容许破坏的限制上有类似之处。