波音787飛機上的復合材料

    復合材料是經過選擇含有一定數量比的兩種或兩種以上的組分（或組元），通過人工復合，組成多相、三維結合且各相之間有明顯界限、具有特殊性能的材料。先進復合材料以其高的比強度、比剛度、良好的抗疲勞斷裂性能。

    先進復合材料首先在飛機一般結構上應用，隨后在次承力結構、主承力結構上應用。20世紀80年代起，世界各國正在研制的性能先進的飛機機翼一級部件幾乎全都采用先進復合材料，很多機身和機翼等主承力結構都使用了復合材料，且用量超過20%。而先進復合材料無損檢測技術的發展水平和應用廣度，對復合材料的研究深度和應用廣度，有著至關重要的作用。隨著復合材料在飛機上應用的不斷擴大，復合材料的設計、制造、應用、損傷檢測及修復也愈加規范。本文將從探究復合材料細觀的損傷機理出發，分析典型材料的損傷機理。

    民機常用復合材料性能及結構典型復合材料介紹

    復合材料的分類方法有多種，通常是按基體、增強體或用途的不同進行分類。復合材料設計不同于傳統材料的設計，傳統材料設計是根據項目的使用目的和性能要求，擬定材料、結構、工藝及費用等方面的計劃與估算，類似于材料選擇，而非嚴格意義上的材料設計。

    高聚合物復合材料（樹脂基復合材料）。它是用量最廣的復合材料。其增強體常為纖維狀、粒狀、片狀的纖維及其織物等。該類材料因具有高強度和高模量而作為結構材料。

    金屬基復合材料。金屬疊層材料有時也納入金屬基復合材料范疇，其主要應用于航空航天領域。

    陶瓷基復合材料。陶瓷基復合材料的增強體為陶瓷、碳纖維和難熔金屬的纖維、晶須、晶片和顆粒等材料。

    碳基復合材料。通常其增強體為碳纖維（織物）或碳化硅等陶瓷纖維（織物）。

    普通復合材料。普通復合材料是用性能較低的增強體（如玻璃纖維）與普通高聚物（樹脂）構成的復合材料。

    蜂窩結構和蜂窩復合材料。蜂窩結構是一種夾層結構或夾層復合材料，其夾芯層是由一系列六邊形、四邊形及其他形狀的孔格組成形似蜂窩夾心材料，上下兩表面層是與夾芯層接的薄板。

    復合材料失效、服役缺陷及損傷復合材料的失效

    復合材料和復合材料結構在經歷了某些物理、化學過程后發生了尺寸、形狀和性能的變化從而喪失了原來具有的設計功能的現象稱為復合材料的失效。引發這些過程的作用可能是外載荷、材料老化、環境溫度和濕度變化等。

    大多數失效問題主要集中于用作承力結構件的纖維增強復合材料，特別是纖維增強層壓復合材料。失效的四種基本模式是基體開裂、纖維斷裂、界面脫粘和分層。

    服役中發生的缺陷及損傷

    沖擊損傷。沖擊損傷是復合材料由于外界沖擊而產生的損傷。對聚合物基結構復合材料安全構成最大威脅的是沖擊損傷。

    芯材脫粘。夾層復合材料是一種層合型復合材料。夾層復合材料一般由性質不同的表面材料和芯材組合而成，通常表面材料強度高而薄，芯材強度低、重量輕而厚。

    芯材破碎。芯材結構在服役期間，可能會因為受過大的彎曲、壓縮或沖擊等導致芯材破壞，并往往伴隨著界面剝離，這被稱為芯材破碎。

    基體開裂?；w是復合材料中粘接增強體成為整體并轉遞載荷到增強體的主要組分之一。在復合材料中，基體一般為連續相的材料。受力不均等原因會導致基體開裂現象。

    纖維斷裂。纖維斷裂是指復合材料的單個或者多個纖維斷裂。產生纖維斷裂的原因，可能是復合材料的纖維增強層受力不均或外在環境的影響，也可能是纖維自身存在著缺陷?？梢源_定纖維自身的缺陷是復合材料損壞的發源地。

    老化。老化是指復合材料生產成型后隨著時間的推移，材料的結構和性能發生退化的現象。產生老化的原因一般有大氣暴曬、倉庫存放、人工氣候老化、熱老化、水浸泡及水腐蝕等。（來源：《航空計算技術》）（南京航空航天大學 張偉）

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責任編輯：劉洋

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