HB8678-2023飞机复合材料层压板结构设计许用值确定方法.docx

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1、ICS 49. 020CCS V04HB中华人民共和国航空行业标准HB86782023飞机复合材料层压板结构设计许用值确定方法Determinationmethodofdesignallowablesforaircraftcompositelaminates2023-12-29发布2024-07-01实施中华人民共和国工业和信息化部发布目次前言II1范围32规范性引用文件33术语和定义34符合和缩略语54.1 符号54.2 缩略语55要求55.1 材料55.2 试验项目55.3 试验环境65.4 试验件取样65.5 铺层设计75.6 加强片85.7 试验矩阵85.8 试验标准115.9 制造工

2、艺115.10 试验件编号115.11 试验件截取115.12 环境处理115.13 数据统计125.14 数据正则化145.15 设计许用值计算流程15本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利，本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国航空综合技术研究所归口。本文件起草单位：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院、中国航空综合技术研究所、上海航空工业（集团）有限公司。本文件主要起草人：刘衰财、王杰、张利猛、刘湘云、刘旭波、郭卫、张冠彪、王春寿、任翰韬、黄莎莎。飞机复合材料层压板结构设计许用值

3、确定方法1范围本文件规定了飞机复合材料层压板设计许用值的设计思路和确定方法。本文件适用于民用飞机复合材料层压板设计许用值的确定，其他类型飞机可参考使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件：不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。CCAR-25-R4运输类飞机适航标准3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1复合材料composite复合材料是由成分或形式在宏观尺度都不相同的材料构成的复合物。各组分在复合材料中保持原有的特性，即各组分尽管变形一致，但它们彼此完全不溶解或

4、者相互不熔合。通常，各组分能够从物理上区别，并且相互间存在界面。3.2层压板Iaminate对纤维增强复合材料，经过压实的一组单层（铺层），这些单层关于某一参考轴取同一方向角或多个方向角。3.3母体population指要对其进行推论的一组测量值，或者，指在规定的试验条件下有可能得到的测量值全体。例如，“在相对湿度95与和室温条件下，碳/环氧树脂体系A所有可能的极限拉伸强度测量值”。为了对母体进行推论，通常有必要对其分布形式作假设，所假设的分布形式也可称为母体。3.4单向带tape以平行排列的连续纤维或以连续纤维为经向而在纬向加少量且更细的纤维的织物浸胶后称为单向带，亦称预浸带。3.5织物fa

5、bric以纱线、长丝等为材料，运用各种织造及其他方法制成的平状物。如机织物、针织物、编织物、无纺织物等。3.6许用值allowable在概率基础上（如分别具有99%概率和95%置信度的A基准值，与90%概率和95%置信度的B基准值），由层压板或单层级的试验数据确定的材料值。导出这些值要求的数据量由所需的统计意义（或基准）决定。3.7材料许用值materialallowable在一定的载荷类型与环境条件下，主要由试样试验数据，按规定要求统计分析后确定的具有一定置信度和可靠度的材料性能表征值。3.8设计许用值designallowable在一定的载荷类型与环境条件下，考虑结构设计有关的形式（如开孔

6、、冲击、连接等因素），对试样试验数据，按规定要求统计分析后确定的具有一定置信度和可靠度的材料性能表征值。3.9B基准值Bbasis建立在统计基础上的材料性能。指定测量值母体的第十百分位数上的95%下置信限，也是对指定母体中90%较高值的95%下容许限。3.10平均值averagevalue有效试样试验结果的算术平均值，试样样本大小视具体性能要求而定。3.11试样coupon用以评定基本单层级或层压板级性能，或通用结构特征（如胶接接头或机械紧固件连接接头）性能的小试验件（如通常是平层压板）。3.12伴随件accompanyingspecimens进行环境处理的试件同块板上切割下来并与试件采用相同

7、时间进行浸润处理的试件。伴随件要始终伴随试件或相关的试件组经历全部接下来的浸润处理历程。4符号和缩略语4.1 符号下列符号适用于本文件：T层压板厚度；T2层压板基准厚度，范围为2mm-6mm;Tl一一根据设计需要推荐增加的试件厚度；T3根据设计需要推荐增加的试件厚度；B求取B基准值所需试样数，B=kmn,其中k代表需要的批数，减量取样k=3,充分取样k=5;m代表每批的试板数，试板应出自不同的炉次，m=2;n代表每个试板的试样数，n=3;M求取平均值所需试样数，M=mn,其中m代表每批的试板数，试板应出自不同的炉次，m=2;n代表每个试板的试样数，n=3;D7L径；D2基准孔径值；Dl根据设计

8、需要推荐增加的孔径值；D3根据设计需要推荐增加的孔径值；W试件的名义宽度；H紧固件端部的形式；H2基准紧固件端部的形；Hl根据设计需要推荐增加的紧固件端部的形式；H3根据设计需要推荐增加的紧固件端部的形式。4.2 缩略语下列缩略语适用于本文件。CTD:低温干态(COldTemperatureDry)ETD:高温干态(EIeVatedTemperatureDry)ETW:高温湿态(EleVatedTemperatureWet)RTA:室温环境(RoomTemperatureAmbient)RTVV:室温湿态(RoOmTemperatureWet)MOL:材料工作极限(MatCrialOperat

9、ionalLimit)MNR:最大赋范残差(MaXimUmNormedResidual)OSL:观察显著性水平(ObSerVedSignificanceLevel)5要求5.1 材料所有进行许用值试验件制造的材料都应符合经批准的相关材料规范要求，且入厂复验合格。5.2 试验项目飞机复合材料层压板设计许用值试验项目设计与结构形式、受载情况和分析要求相关，通常层压板设计许用值试验项目如表1所示。如有特殊要求，可视具体情况增减试验项目。表1层压板许用值试验项目序号试验项目测试的性能1拉伸试验拉伸性能2压缩试验压缩性能3面内剪切试验面内剪切强度4开孔拉伸试验开孔拉伸强度5开孔压缩试验开孔压缩强度6充填

10、孔拉伸试验充填孔拉伸强度7充填孔压缩试验充填孔压缩强度8冲击后压缩试验损伤阻抗和冲击后压缩强度9挤压试验单钉、多钉挤压强度10拉脱试验紧固件拉脱阻抗5.3 试验环境5. 3.1根据CCAR25R4规定，设计分析需要考虑飞机飞行包线内的严酷环境，例如，温度和湿度。因此，许用值应包括不同温度和吸湿状态组合条件下得到的数据。其中温度包括低温、室温和高温，吸湿状态包括干态和湿态。a)温度般对航空结构低温取一55C,室温取23,高温应根据试验目的而定，对于特定型号，应取在结构的最高使用温度，并根据变化趋势，可在室温和该温度之间再选择一个或两个温度：如果考虑将此材料体系用于所有可能应用的温度范围，则应取此

11、材料体系的最高工作温度(MoL),并根据变化趋势在它们中间取一个或两个温度；b)湿度一一干态指“制造状态”，即制造后放在实验室大气条件下不作任何吸湿处理；湿态则须进行专门的吸湿处理，吸湿条件根据实际结构的使用状态而定。湿度应达到85%RH条件下的平衡吸湿量；c)公差一一温度公差取3、湿度公差取5%。5.3.2温度与吸湿状态的组合包括低温干态(CTD)、室温环境(RTA)、室温湿态(RTW)、高温干态(ETD)和高温湿态(ETW)。通常考虑低温干态(CTD)、室温环境(RTA)和高温湿态(ETW)三种环境条件。5.4 试验件取样B基准值的大小与获得的数据量、所代表的批次数以及各批次间的生产一致性

12、有关。设计许用值试验取样要求如表2所示。表2设计许用值试验取样要求标志说明最低要求材料批次试验件数B30B基准一充分取样530B18B基准一缩减取样318许用值试验样本数量应满足相关统计数量。产生基准许用值所用的试件数，取决于取样的方法，即对B基准值的充分取样或对B基准值的缩减取样。充分取样B基准值的要求为5X2X3,即三批次共计30件。缩减取样B基准值的要求为3X2X3,即三批次共计18件。图1为设计许用值缩减取样与充分取样试样选择和炉批次的典型方案。/批茨(批次3Gt茨；、试板制造和积立的回化过程每种泌验方法和坏说所高要的试作数QQ电自中m自m向ijB30.图1缩减取样与充分取样5.5 铺

13、层设计应选择能够代表实际结构的铺层进行铺层设计，不能采用外推法设计。主要方法包括以下三种：a）典型铺层。试样的结果只与铺层比例有关，而与铺层顺序无关，同时在一定的厚度范围（例如不超过4mm）内，厚度对强度的影响可以忽略不计。因此，可以选取某一厚度（或多个厚度）若干结构典型铺层比例试样进行试验；b）毯式曲线方法。通过经试验证实的分析方法可以得到不同试验条件下的毯式曲线（即铺层比例与强度或模量的变化曲线），在毯式曲线中，试验设计铺层要能够包络实际结构铺层。图2给出了具有各种0、45和90方向铺层比例的层压板轴向拉伸强度的毯式曲线示意图；图2毯式曲线示意图c）全铺层。当结构铺层比例比较单一时，可采用

14、此结构的实际铺层作为许用值试验设计铺层。工程实际中，当结构铺层比较多时，也可以采用基准铺层和典型铺层作为许用值试验设计铺层，而结构其余实际铺层作为平均值试验设计铺层。通过完整矩阵的许用值试验设计铺层确定相应的B基准系数，环境影响系数等，通过平均值试验设计铺层得到其平均值，并结合得到的系数，确定不同铺层的许用值。5.6加强片5.6.1加强片的使用许用值试验一般不要求加强片。试验件公差和夹持方法选择的要点是，将载荷成功地引入到试样和防止试样由于明显的不连续而引起提前破坏。因此，为了得到可接受的破坏模式和破坏部位，需要确定是否使用加强片及加强片主要设计参数规范。如果可接受的破坏模式出现的频率很高，则不需要改变已使用的夹持方法。拉伸模量、面内剪切许用值试验项目建议采用加强片。5.6.2加强片材料最常用的粘接式加强片的材料是连续玻璃纤维增强的聚合物基材料（机织物或无纬布非机织物），其结构型式为090ns层压板，该加强片材料一般与载荷的方向成45角，以提供一个软接触面。另外，还可采用钢加强片或由试样相同的材料制成的加强片。5. 6.3加强片破坏在样本母体中，如果有相当高比例的破坏发生在加强片或夹持端附近的试样宽度范围内，则应重新检查载荷的引入方式。考虑的因素应包括加强片对中、加强片材料、加强片斜削角度、加强片胶黏剂、夹持类型、夹持力和夹持对中度。5.7 试验矩阵5. 7.1典型铺层的定义表