波音787飛機(jī)上的復(fù)合材料

    復(fù)合材料是經(jīng)過(guò)選擇含有一定數(shù)量比的兩種或兩種以上的組分（或組元），通過(guò)人工復(fù)合，組成多相、三維結(jié)合且各相之間有明顯界限、具有特殊性能的材料。先進(jìn)復(fù)合材料以其高的比強(qiáng)度、比剛度、良好的抗疲勞斷裂性能。

    先進(jìn)復(fù)合材料首先在飛機(jī)一般結(jié)構(gòu)上應(yīng)用，隨后在次承力結(jié)構(gòu)、主承力結(jié)構(gòu)上應(yīng)用。20世紀(jì)80年代起，世界各國(guó)正在研制的性能先進(jìn)的飛機(jī)機(jī)翼一級(jí)部件幾乎全都采用先進(jìn)復(fù)合材料，很多機(jī)身和機(jī)翼等主承力結(jié)構(gòu)都使用了復(fù)合材料，且用量超過(guò)20%。而先進(jìn)復(fù)合材料無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展水平和應(yīng)用廣度，對(duì)復(fù)合材料的研究深度和應(yīng)用廣度，有著至關(guān)重要的作用。隨著復(fù)合材料在飛機(jī)上應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，復(fù)合材料的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用、損傷檢測(cè)及修復(fù)也愈加規(guī)范。本文將從探究復(fù)合材料細(xì)觀的損傷機(jī)理出發(fā)，分析典型材料的損傷機(jī)理。

    民機(jī)常用復(fù)合材料性能及結(jié)構(gòu)典型復(fù)合材料介紹

    復(fù)合材料的分類方法有多種，通常是按基體、增強(qiáng)體或用途的不同進(jìn)行分類。復(fù)合材料設(shè)計(jì)不同于傳統(tǒng)材料的設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)材料設(shè)計(jì)是根據(jù)項(xiàng)目的使用目的和性能要求，擬定材料、結(jié)構(gòu)、工藝及費(fèi)用等方面的計(jì)劃與估算，類似于材料選擇，而非嚴(yán)格意義上的材料設(shè)計(jì)。

    高聚合物復(fù)合材料（樹(shù)脂基復(fù)合材料）。它是用量最廣的復(fù)合材料。其增強(qiáng)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(qiáng)度和高模量而作為結(jié)構(gòu)材料。

    金屬基復(fù)合材料。金屬疊層材料有時(shí)也納入金屬基復(fù)合材料范疇，其主要應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。

    陶瓷基復(fù)合材料。陶瓷基復(fù)合材料的增強(qiáng)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(fù)合材料。通常其增強(qiáng)體為碳纖維（織物）或碳化硅等陶瓷纖維（織物）。

    普通復(fù)合材料。普通復(fù)合材料是用性能較低的增強(qiáng)體（如玻璃纖維）與普通高聚物（樹(shù)脂）構(gòu)成的復(fù)合材料。

    蜂窩結(jié)構(gòu)和蜂窩復(fù)合材料。蜂窩結(jié)構(gòu)是一種夾層結(jié)構(gòu)或夾層復(fù)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(fù)合材料失效、服役缺陷及損傷復(fù)合材料的失效

    復(fù)合材料和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷了某些物理、化學(xué)過(guò)程后發(fā)生了尺寸、形狀和性能的變化從而喪失了原來(lái)具有的設(shè)計(jì)功能的現(xiàn)象稱為復(fù)合材料的失效。引發(fā)這些過(guò)程的作用可能是外載荷、材料老化、環(huán)境溫度和濕度變化等。

    大多數(shù)失效問(wèn)題主要集中于用作承力結(jié)構(gòu)件的纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，特別是纖維增強(qiáng)層壓復(fù)合材料。失效的四種基本模式是基體開(kāi)裂、纖維斷裂、界面脫粘和分層。

    服役中發(fā)生的缺陷及損傷

    沖擊損傷。沖擊損傷是復(fù)合材料由于外界沖擊而產(chǎn)生的損傷。對(duì)聚合物基結(jié)構(gòu)復(fù)合材料安全構(gòu)成最大威脅的是沖擊損傷。

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

    芯材破碎。芯材結(jié)構(gòu)在服役期間，可能會(huì)因?yàn)槭苓^(guò)大的彎曲、壓縮或沖擊等導(dǎo)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(kāi)裂。基體是復(fù)合材料中粘接增強(qiáng)體成為整體并轉(zhuǎn)遞載荷到增強(qiáng)體的主要組分之一。在復(fù)合材料中，基體一般為連續(xù)相的材料。受力不均等原因會(huì)導(dǎo)致基體開(kāi)裂現(xiàn)象。

    纖維斷裂。纖維斷裂是指復(fù)合材料的單個(gè)或者多個(gè)纖維斷裂。產(chǎn)生纖維斷裂的原因，可能是復(fù)合材料的纖維增強(qiáng)層受力不均或外在環(huán)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(fù)合材料損壞的發(fā)源地。

    老化。老化是指復(fù)合材料生產(chǎn)成型后隨著時(shí)間的推移，材料的結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生退化的現(xiàn)象。產(chǎn)生老化的原因一般有大氣暴曬、倉(cāng)庫(kù)存放、人工氣候老化、熱老化、水浸泡及水腐蝕等。（來(lái)源：《航空計(jì)算技術(shù)》）（南京航空航天大學(xué) 張偉）

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：劉洋

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414