推廣碳纖維復(fù)合材料在工業(yè)領(lǐng)域大量應(yīng)用過(guò)程中，作者多次提及必須解決“信心、技術(shù)和成本”三方面問(wèn)題，其中首先是對(duì)使用碳纖維復(fù)合材有信心，也即首先必須回答如何保證碳纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的安全。因?yàn)閼?yīng)用碳纖維復(fù)合材料主要是追求其輕量化的效果，這些結(jié)構(gòu)對(duì)安全性要求極高。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)強(qiáng)度規(guī)范（強(qiáng)度與剛度設(shè)計(jì)）的要求就是保障結(jié)構(gòu)安全的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和具體實(shí)施途徑。飛機(jī)是輕量化要求最高同時(shí)使用條件最惡劣，因此也是安全余度盡可能?。ó?dāng)然一般必須大于等于0）的結(jié)構(gòu)，從而其強(qiáng)度規(guī)范是所有行業(yè)對(duì)安全性考慮最完善的。目前的飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范與飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初期相差非常大，它是隨著設(shè)計(jì)水平的提高和使用材料的不斷更新，以及在對(duì)幾十年來(lái)出現(xiàn)的各種事故甚至是慘重傷亡的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)的基礎(chǔ)上才逐步完善的。上世紀(jì)50年代以前，飛機(jī)結(jié)構(gòu)制考慮靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)。疲勞設(shè)計(jì)概念引入是由于1954年第一代機(jī)身充壓的噴氣式客機(jī)“彗星”號(hào)接連兩架飛機(jī)失事墜入地中海，使設(shè)計(jì)師意識(shí)到疲勞載荷對(duì)結(jié)構(gòu)安全的威脅；損傷容限設(shè)計(jì)概念的引入是由于1970年F111接連出現(xiàn)機(jī)翼樞軸斷裂事故，使設(shè)計(jì)師意識(shí)到制造和使用中產(chǎn)生的缺陷/損傷對(duì)結(jié)構(gòu)安全的威脅。

目前90%以上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師并不關(guān)注本行業(yè)的強(qiáng)度規(guī)范，因?yàn)橥ǔＶ挥性诮桓懂a(chǎn)品用戶提及安全性時(shí)才有人關(guān)注。長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)內(nèi)的復(fù)合材料產(chǎn)品設(shè)計(jì)均來(lái)自國(guó)外，生產(chǎn)廠家只是按圖生產(chǎn)，不懂設(shè)計(jì)原理，當(dāng)然更不會(huì)關(guān)注強(qiáng)度規(guī)范。近年來(lái)碳纖維復(fù)合材料大量應(yīng)用于風(fēng)電葉片，并開(kāi)始在軌道交通車輛和汽車上應(yīng)用，雖然開(kāi)發(fā)出了一些產(chǎn)品，但很少有人關(guān)注本行業(yè)的強(qiáng)度規(guī)范。我參加過(guò)一些軌道交通復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部件的評(píng)審會(huì)，每每問(wèn)及產(chǎn)品的安全性評(píng)估是否有相關(guān)的文件依據(jù)，均無(wú)言以答。這些設(shè)計(jì)師給出了詳盡的結(jié)構(gòu)分析報(bào)告，有限元分析說(shuō)起來(lái)頭頭是道，一大堆花里胡哨的云紋圖，但強(qiáng)度校核結(jié)果一頭霧水，一大堆蔡-吳系數(shù)，看不出結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)在哪里，也不知道結(jié)構(gòu)能否通過(guò)靜力試驗(yàn)和長(zhǎng)期使用是否安全。所謂的強(qiáng)度校核只是常規(guī)的靜力校核，s=[sb]，[sb]是材料體系的極限強(qiáng)度，通常只是做一批試樣，取其結(jié)果的平均值。在人們意識(shí)中復(fù)合材料性能分散性大，就通過(guò)增加安全系數(shù)來(lái)保證。有人說(shuō)我的安全系數(shù)取7肯定就安全了，殊不知在一般部位安全系數(shù)取7，并不能保證薄弱部位安全系數(shù)能達(dá)到1。此外取很大的安全系數(shù)，就與采用碳纖維復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)減重結(jié)構(gòu)的初衷背道而馳了。造成這種現(xiàn)象的根本原因是設(shè)計(jì)師腦子里沒(méi)有強(qiáng)度規(guī)范的概念。

歷經(jīng)近80年飛機(jī)設(shè)計(jì)和使用的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，目前對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度設(shè)計(jì)的要求可歸結(jié)為結(jié)構(gòu)完整性要求，即“影響飛機(jī)安全使用和成本費(fèi)用的機(jī)體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、損傷容限、耐久性和功能的總稱”，強(qiáng)度規(guī)范就是為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整性所需滿足的具體要求。這一結(jié)構(gòu)完整性定義嚴(yán)格來(lái)說(shuō)同樣適用于其他行業(yè)，當(dāng)然基于不同行業(yè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)與使用經(jīng)歷，不同行業(yè)滿足結(jié)構(gòu)完整性的具體要求，即強(qiáng)度規(guī)范要求會(huì)有所差別，但總體考慮的內(nèi)容大同小異。為保證所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的安全，各行各業(yè)都必須建立本行業(yè)的強(qiáng)度規(guī)范，強(qiáng)度規(guī)范是所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造和長(zhǎng)期使用的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)積累，也是判斷所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是否安全的依據(jù)，以哪個(gè)國(guó)家的強(qiáng)度規(guī)范為依據(jù)實(shí)際上也反映了這個(gè)國(guó)家該行業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平在國(guó)際上的領(lǐng)先地位。 

強(qiáng)度規(guī)范的要求嚴(yán)格說(shuō)來(lái)與使用的材料體系和設(shè)計(jì)水平有關(guān)，例如軌道交通車輛的設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)強(qiáng)度剛度和疲勞均有類似的要求，但沒(méi)有提及損傷容限要求，這與該行業(yè)使用的材料性能和設(shè)計(jì)裕度有關(guān)。當(dāng)初飛機(jī)為實(shí)現(xiàn)減重，使用了超高強(qiáng)度鋼，其斷裂韌性很低，鍛造的缺陷引起結(jié)構(gòu)在極低的強(qiáng)度下破壞，使設(shè)計(jì)師意識(shí)到初始缺陷和使用損傷（當(dāng)時(shí)主要是擴(kuò)展的疲勞裂紋）對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的嚴(yán)重威脅；而一般工業(yè)領(lǐng)域基本上不使用這類材料，這類問(wèn)題沒(méi)有那么嚴(yán)重。先進(jìn)復(fù)合材料是近年來(lái)應(yīng)用越來(lái)越多的新型輕量化材料，由于其性能特點(diǎn)不同于金屬，特別是破壞機(jī)理不同于金屬，使得其完整性要求的具體內(nèi)容也與金屬結(jié)構(gòu)不同。相比其他工業(yè)領(lǐng)域，復(fù)合材料在飛機(jī)結(jié)構(gòu)中已使用了40多年，積累了豐富的設(shè)計(jì)與使用經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，無(wú)論是軍用飛機(jī)或是民用飛機(jī)都已建立了完整系統(tǒng)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范。而復(fù)合材料在其他對(duì)安全性要求較高的工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用則剛剛起步，還沒(méi)有足夠的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)積累，因此飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度規(guī)范要求可供其他工業(yè)領(lǐng)域參考，特別是適合于工業(yè)領(lǐng)域類似于飛機(jī)機(jī)體，受力狀況復(fù)雜的桿板殼結(jié)構(gòu)。目前除航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有較完整系統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范外，尚未建立有關(guān)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)規(guī)范因此在對(duì)所研發(fā)的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全性評(píng)估時(shí)沒(méi)有可以參照的依據(jù)。

2飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范的演變

2.1軍用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu) 

美國(guó)從1969年開(kāi)始將碳纖維復(fù)合材料用于軍機(jī)結(jié)構(gòu)，但知道1975年才在所用的設(shè)計(jì)規(guī)范中增加有關(guān)復(fù)合材料的要求，并直到1998年才將復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求基本定型，鑒于美國(guó)軍機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范采用填空式，對(duì)具體的定量要求留給設(shè)計(jì)單位和使用部門協(xié)商確定，只是通過(guò)附錄中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)部分給出了建議內(nèi)容，表1所示是美國(guó)軍用飛機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范的演變。

國(guó)內(nèi)的軍機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范演變過(guò)程如表2所示。雖然從1980年級(jí)開(kāi)始嘗試將復(fù)合材料用于飛機(jī)主要結(jié)構(gòu)——垂尾，并在隨后10余年里開(kāi)始在主承力結(jié)構(gòu)和批生產(chǎn)的型號(hào)上使用，但一直沒(méi)有相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范可以依據(jù)，因此在應(yīng)用初期，對(duì)結(jié)構(gòu)安全的驗(yàn)證是有漏洞的（例如濕熱影響等），但由于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)，通常有較大的設(shè)計(jì)裕度（特別是采用低于國(guó)外選用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值），迄今為止未出現(xiàn)任何安全事故。1997年制訂的航標(biāo)“軍用飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度驗(yàn)證要求”是第一個(gè)有關(guān)復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度規(guī)范。2008年發(fā)布的《軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范——復(fù)合材料結(jié)構(gòu)》是參照美國(guó)軍機(jī)強(qiáng)度規(guī)范，由航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域數(shù)十位專家歷經(jīng)2年多次專項(xiàng)研討后達(dá)成一致的文件，基本上總結(jié)了國(guó)外40多年，國(guó)內(nèi)20多年軍機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與使用經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，其基本要點(diǎn)同樣適用于其他工業(yè)領(lǐng)域受力復(fù)雜的桿板殼結(jié)構(gòu)。

表1 美國(guó)軍用飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范的演變

表2 我國(guó)軍用飛機(jī)強(qiáng)度規(guī)范的演變

民機(jī)結(jié)構(gòu)的安全性通常依靠適航認(rèn)證來(lái)保證，民機(jī)適航條例是進(jìn)行認(rèn)證的依據(jù)，國(guó)際上FAR23,25,27和29和EASA CS23,25,27和29分別是美國(guó)與歐洲對(duì)不同類型飛機(jī)的適航條例，中國(guó)的CCAR23,25,27和29則基本上是歐美相應(yīng)條例的翻譯版。這些條例適用于所有的材料體系，包括復(fù)合材料，但由于復(fù)合材料在很多地方與金屬不同，特別是破壞機(jī)理不同，使它們無(wú)法正確地給出適用的要求。在此背景下美國(guó)通過(guò)制訂咨詢通報(bào)的方式來(lái)解決復(fù)合材料結(jié)構(gòu)需明確的要求，AC20-107就是當(dāng)年為應(yīng)對(duì)ACEE計(jì)劃研制的民機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)（特別是Boeing727升降舵）適航認(rèn)證需求而制訂的，其中很大部分就是對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的規(guī)范要求。初期AC20-107的要求只是諸如安全性不低于金屬結(jié)構(gòu)之類的一些原則，通過(guò)多年的實(shí)踐，內(nèi)容不斷豐富，要求逐步細(xì)化。AC20-107經(jīng)歷了2次改版，2009年頒布的AC20-107B是最新版。雖說(shuō)是咨詢通報(bào)，實(shí)際上適航部門要求逐條逐句回答如何符合條款的要求。雖說(shuō)它由美國(guó)FAA發(fā)布，但歐洲和中國(guó)民航均按此執(zhí)行。表3是國(guó)外民機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有關(guān)咨詢通報(bào)的演變過(guò)程。

表3 國(guó)外民機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有關(guān)咨詢通報(bào)的演變

2.3 其他工業(yè)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范

迄今為止軌道交通車輛結(jié)構(gòu)一直使用歐洲的強(qiáng)度規(guī)范EN 12663，中國(guó)的高鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展如此迅速，最新自行設(shè)計(jì)和制造的復(fù)興號(hào)也已批量生產(chǎn)，特別是研發(fā)了全碳纖維復(fù)合材料的地鐵車廂，并已安全運(yùn)行了相當(dāng)一段時(shí)日，中國(guó)人已經(jīng)積累了大量軌道交通車輛特別是復(fù)合材料車輛結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、制造和使用經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該有能力制訂符合中國(guó)國(guó)情，包含復(fù)合材料結(jié)構(gòu)要求的強(qiáng)度規(guī)范。

表4 軌道交通車輛結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范

2.4 若干定義

2.4.1 玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 glass transition temperature 

在無(wú)定形聚合物或部分結(jié)晶聚合物無(wú)定形區(qū)域內(nèi)，在黏流態(tài)或橡膠態(tài)和玻璃態(tài)之間發(fā)生可逆變化溫度范圍的近似中點(diǎn)值（Tg）。復(fù)合材料體系最高使用溫度的確定與其有關(guān)。

2.4.2 材料最高使用溫度 material operational limit（MOL）

考慮溫度和濕度對(duì)聚合物基復(fù)合材料性能的影響，將使用可能達(dá)到的最高吸濕量時(shí)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度減去一安全余量，所確定的材料允許的最高使用溫度。

2.4.3 結(jié)構(gòu)完整性 structure integrity

影響飛機(jī)安全使用和成本費(fèi)用的機(jī)體結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、耐久性、損傷容限和功能的總稱。

2.4.4 耐久性 durability

在規(guī)定的期限內(nèi)，飛機(jī)結(jié)構(gòu)抵抗開(kāi)裂（包括應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂和氫脆引起的開(kāi)裂）、腐蝕、熱退化、分層、磨損和外來(lái)物損傷的能力。

2.4.5 損傷容限 damage tolerance

在規(guī)定的未修理使用期內(nèi)，機(jī)體抵抗由于缺陷、裂紋或其他損傷引起破壞的能力。

2.4.6 復(fù)合材料損傷阻抗 damage resistance for composite materials

在復(fù)合材料及其結(jié)構(gòu)中，同某一事件或一系列事件相關(guān)的力、能量或其他參數(shù)與其所產(chǎn)生損傷尺寸及類型之間關(guān)系的度量，如一定能量的沖擊所產(chǎn)生的損傷面積或凹坑深度。

2.4.7 不確定系數(shù) factor of uncertainty

亦稱為安全系數(shù)，是可能引起飛機(jī)部件或結(jié)構(gòu)破壞的載荷與使用中作用在飛機(jī)部件或結(jié)構(gòu)上的最大載荷之比。對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不確定系數(shù)是用該系數(shù)乘限制載荷得出極限載荷的系數(shù)值。

2.4.8 安全余量 margin of safety

飛機(jī)結(jié)構(gòu)的許用應(yīng)力與按極限載荷計(jì)算的應(yīng)力之比減1的余數(shù)。安全余量（M.S）可用下式表示： 

式中：

[s]一—許用應(yīng)力；

s一—極限載荷情況下的作用應(yīng)力；

k 一—任一特定系數(shù)（如接頭系數(shù)或擠壓系數(shù)）。 

3 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范要點(diǎn)

3.1 概述 

由于碳纖維復(fù)合材料與金屬完全不同的破壞機(jī)理，其強(qiáng)度、剛度（動(dòng)強(qiáng)度）、損傷容限和耐久性的具體要求也不同，通過(guò)軍機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范的編制，作者總結(jié)出碳纖維復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)與金屬飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性要求的主要差別為下列6點(diǎn)：

1) 以承認(rèn)材料與結(jié)構(gòu)同時(shí)形成和性能表征多樣性為基礎(chǔ)的材料和工藝要求；

2) 以承認(rèn)初始缺陷/損傷對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有影響為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)值確定方法；

3) 以考慮濕熱環(huán)境影響為基礎(chǔ)的靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)；

4) 以承認(rèn)靜力覆蓋疲勞和考慮沖擊損傷阻抗為基礎(chǔ)的耐久性設(shè)計(jì)；

5) 以沖擊損傷和損傷無(wú)擴(kuò)展為特點(diǎn)的損傷容限設(shè)計(jì)；

6) 以積木式設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)驗(yàn)證方法。

3.2以承認(rèn)材料與結(jié)構(gòu)同時(shí)形成和性能表征多樣性為基礎(chǔ)的材料和工藝要求

由于材料性能的分散性是客觀存在，為保證使用安全，對(duì)用試樣試驗(yàn)得到的性能數(shù)據(jù)要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。對(duì)金屬材料設(shè)計(jì)用的材料性能分散性已有成熟的處理方法，因此規(guī)范中無(wú)需更多的說(shuō)明，在CCAR 25部適航標(biāo)準(zhǔn)——運(yùn)輸類飛機(jī)中有關(guān)材料的要求只有短短幾句話： 

§25.603 材料

其損壞可能對(duì)安全性有不利影響的零件所用材料的適用性和耐久性必須滿足下列要求：

(a) 建立在經(jīng)驗(yàn)或試驗(yàn)的基礎(chǔ)上；

(b) 符合經(jīng)批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)(如工業(yè)或軍用標(biāo)準(zhǔn)，或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定)，保證這些材料具有設(shè)計(jì)資料中采用的強(qiáng)度和其他性能；

(c) 考慮服役中預(yù)期的環(huán)境條件，如溫度和濕度的影響。

在GJB67-2008軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范中對(duì)金屬也同樣是簡(jiǎn)單的一段話：

3.2.23.1材料

機(jī)體所用材料應(yīng)滿足機(jī)體的使用和保障要求。當(dāng)材料的特性數(shù)據(jù)有限或不完整時(shí)，應(yīng)向訂貨方提供足夠的背景資料，以確定材料的適用性。具體的材料要求為：

a) 如果裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)的變化是一種典型分布，則在裂紋擴(kuò)展分析中應(yīng)使用裂紋擴(kuò)展數(shù)據(jù)的平均值（da／dN）。對(duì)于非典型分布，參考3.4.4.4的規(guī)定；

b) 對(duì)于剩余強(qiáng)度分析，應(yīng)使用斷裂韌性的最小值；

c) “A”基準(zhǔn)設(shè)計(jì)許用值應(yīng)該用于所有關(guān)鍵件（見(jiàn)6.1.23的定義）的設(shè)計(jì)。“A”基準(zhǔn)設(shè)計(jì)許用值還應(yīng)該用于在全尺寸機(jī)體靜力試驗(yàn)中未達(dá)到極限載荷的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。“B”基準(zhǔn)設(shè)計(jì)許用值可用于所有其他結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；

d) 當(dāng)沒(méi)有“A”或“B”基準(zhǔn)設(shè)計(jì)許用值時(shí)，可以使用在有關(guān)文件中規(guī)定的“S”基準(zhǔn)設(shè)計(jì)許用值。

但對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)這些內(nèi)容遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，必須針對(duì)復(fù)合材料的下述特點(diǎn)在強(qiáng)度規(guī)范中給出詳細(xì)的解決辦法。

復(fù)合材料與金屬的差別首先是材料與結(jié)構(gòu)同時(shí)形成，金屬的性能在出廠時(shí)已基本確定，后期的加工過(guò)程對(duì)性能雖有影響，但不會(huì)有本質(zhì)的變化；而復(fù)合材料通常在成為結(jié)構(gòu)前只是纖維與基體（樹(shù)脂）分別的性能，基體在成為結(jié)構(gòu)前通常是液態(tài)，復(fù)合材料的力學(xué)性能只有結(jié)構(gòu)成型后才能體現(xiàn)。因此復(fù)合材料的力學(xué)性能不僅與材料組分有關(guān)，在很大程度上與工藝過(guò)程有關(guān)，復(fù)合材料的材料規(guī)范同時(shí)要帶上相應(yīng)的工藝規(guī)范，不同的工藝規(guī)范相應(yīng)于不同的材料性能。由于這一特點(diǎn)復(fù)合材料性能必須考慮不同結(jié)構(gòu)制造廠商所用設(shè)備、工藝流程與操作人員技能等因素的影響，從而除了材料鑒定外，材料等同性評(píng)定成為了復(fù)合材料力學(xué)性能表征不可或缺的一部分。

其次復(fù)合材料性能表征的多樣性是另一特點(diǎn)，復(fù)合材料的特點(diǎn)也是其優(yōu)勢(shì)是可設(shè)計(jì)性。很多復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師只會(huì)使用準(zhǔn)各向同性的鋪層或織物進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)際上充分利用其可設(shè)計(jì)性才能充分發(fā)揮復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)。但可設(shè)計(jì)性同時(shí)帶來(lái)了性能表征的復(fù)雜性，不同鋪層比例和順序的復(fù)合材料層壓板具有不同的強(qiáng)度和模量，而復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可能使用無(wú)窮多種鋪層比例與順序的層壓板，如何表征這些層壓板的力學(xué)性能是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須解決的問(wèn)題。 

有些因素對(duì)金屬力學(xué)性能可能影響不大，但對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能可能有重大影響如濕熱環(huán)境、沖擊損傷等，這些因素與上述性能要求的組合使得復(fù)合材料力學(xué)性能表征的內(nèi)容和試驗(yàn)工作量大大增加。

多年來(lái)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)踐表明其材料許用值除傳統(tǒng)意義上的單層級(jí)材料許用值外還包括設(shè)計(jì)許用值（即與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有關(guān)的許用值），開(kāi)孔拉伸和開(kāi)孔壓縮等成了復(fù)合材料力學(xué)性能表征的一部分。

綜上所述，在金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度規(guī)范中對(duì)力學(xué)性能測(cè)試只是比較原則的幾句話，但在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范中必須增加大量篇幅，給出對(duì)上述差別的處理方法。GJB67.14-2008《軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范——復(fù)合材料結(jié)構(gòu)》和航標(biāo)HB7618-2009《聚合物基復(fù)合材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)表達(dá)準(zhǔn)則》中有關(guān)內(nèi)容可供其他行業(yè)制訂有關(guān)規(guī)范參考。 

此外金屬材料力學(xué)性能測(cè)試方法已經(jīng)非常成熟，但由于破壞機(jī)理的巨大差別復(fù)合材料力學(xué)性能測(cè)試方法與金屬完全不同，雖已應(yīng)用40多年，但其性能測(cè)試方法仍在不斷發(fā)展和完善中，美國(guó)ASTM D30復(fù)合材料委員會(huì)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的變化（包括標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量的增加和改版的頻度）實(shí)際上反映了對(duì)復(fù)合材料認(rèn)識(shí)和應(yīng)用的變化，復(fù)合材料力學(xué)性能表征技術(shù)已構(gòu)成一門新的學(xué)科。到2018年6月為止，該委員會(huì)名下的標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)已達(dá)到87項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，其中只有10項(xiàng)在2010年后未進(jìn)行改版；，2010年后新增的標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到16項(xiàng)，特別是新增有關(guān)土木建筑應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)；有關(guān)夾層結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)在2010年后幾乎全部改版，也反映了夾層結(jié)構(gòu)在主承力結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的地位。 

為滿足廣大復(fù)合材料用戶的需求，《ASTM D30復(fù)合材料試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)匯編》即將在今年年底前翻譯出版，該書(shū)共收錄復(fù)合材料界常用的98項(xiàng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 

3.3以承認(rèn)初始缺陷/損傷對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度有影響為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)值確定方法

與金屬結(jié)構(gòu)不同，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)許用值就夠了，通常也不需要另行定義。自從1970年代開(kāi)始研發(fā)飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)以來(lái)，材料許用值和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值兩個(gè)概念一直困擾著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師，因此1984年4月在AC20-107A中專門增加了“許用值”和“設(shè)計(jì)值”兩個(gè)定義以區(qū)分這兩個(gè)不同的概念，從1980年代中開(kāi)始作者一直在探索許用值和設(shè)計(jì)值這兩個(gè)概念的區(qū)分，并探索確定它們的方法。2009年9月頒布的AC20-107B比較清晰地給出了這兩個(gè)概念的定義：

·許用值(Allowables)：在概率基礎(chǔ)上（如分別具有99%概率和95%置信度，與90%概率和95%置信度的A或B基準(zhǔn)值），由層壓板或單層級(jí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定的材料值。導(dǎo)出這些值要求的數(shù)據(jù)量由所需的統(tǒng)計(jì)意義（或基準(zhǔn)）決定。

·設(shè)計(jì)值(Design Value)：為保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的完整性具有高置信度，由試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定并被選用的材料、結(jié)構(gòu)元件和結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的性能。這些值通?；跒榭紤]實(shí)際結(jié)構(gòu)狀態(tài)而經(jīng)過(guò)修正的許用值，并用于分析計(jì)算安全裕度。 

許用值是材料層面的性能，通常必須通過(guò)試驗(yàn)并通過(guò)概率統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到；而設(shè)計(jì)值則是結(jié)構(gòu)層面用于強(qiáng)度計(jì)算和校核的數(shù)據(jù)，取決于該部件的結(jié)構(gòu)完整性要求，某種程度上也取決于設(shè)計(jì)師的工程應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)和需求。

金屬結(jié)構(gòu)所用的材料一般認(rèn)為是完好材料，出廠允許的內(nèi)部缺陷不會(huì)影響其極限強(qiáng)度；而復(fù)合材料結(jié)構(gòu)不同，成型后的結(jié)構(gòu)一般均不可避免地帶有不同程度的制造缺陷，如孔隙率、分層等，而這些缺陷會(huì)不同程度地降低其力學(xué)性能，因此對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)出廠前必須進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，對(duì)不同受力狀態(tài)的部位按不同等級(jí)的缺陷標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核用的力學(xué)性能必須考慮含這些缺陷時(shí)的材料性能。1980年代初美國(guó)空軍的“主結(jié)構(gòu)損傷容限特性研究”課題組對(duì)此進(jìn)行了研究，課題組匯集了早期各生產(chǎn)廠家對(duì)各種制造缺陷對(duì)力學(xué)性能影響進(jìn)行研究得到的大量試驗(yàn)結(jié)果，最后給出了工程用的經(jīng)驗(yàn)方法，即；

·可用含6.35mm開(kāi)孔的強(qiáng)度降覆蓋制造缺陷引起的拉伸強(qiáng)度降；

·可用含6.35mm充填孔的強(qiáng)度降覆蓋常見(jiàn)且允許的制造缺陷（2%孔隙率，直徑38.1mm分層）引起的壓縮強(qiáng)度降（如圖1所示） 

從而含開(kāi)孔與充填孔試樣的拉伸與壓縮強(qiáng)度構(gòu)成了設(shè)計(jì)許用值的一部分，通常開(kāi)孔數(shù)據(jù)會(huì)略低一些，常規(guī)都只要求開(kāi)孔拉伸與壓縮強(qiáng)度。

圖1 缺陷/損傷引起的強(qiáng)度降 

復(fù)合材料與金屬結(jié)構(gòu)的破壞特點(diǎn)如圖2所示，金屬結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，初期不會(huì)使結(jié)構(gòu)承載能力有明顯的變化，隨著疲勞裂紋的擴(kuò)展逐漸下降，直至達(dá)到臨界長(zhǎng)度，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞；而復(fù)合材料結(jié)構(gòu)一般不會(huì)出現(xiàn)疲勞裂紋，結(jié)構(gòu)承載能力不會(huì)隨服役時(shí)間而下降，但在使用過(guò)程中會(huì)遇到外來(lái)物沖擊而使結(jié)構(gòu)承載能力（特別是壓縮承載能力）突然下降，一般采用損傷無(wú)擴(kuò)展設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，故承載能力一般也不會(huì)繼續(xù)下降，直至壽命終結(jié)。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的這一破壞特點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮中使用中可能遇到的外來(lái)物沖擊引起的強(qiáng)度降，其強(qiáng)度校核用設(shè)計(jì)值不能采用完好材料的極限強(qiáng)度值，必須考慮使用中可能出現(xiàn)的外來(lái)物沖擊。圖3所示是確定復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值的條件。

圖2 金屬與復(fù)合材料結(jié)構(gòu)承載能力隨時(shí)間的變化特點(diǎn)  

圖3 用于確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值的條件

3.4以考慮濕熱環(huán)境影響為基礎(chǔ)的靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)

 除非幾百或上千度高溫環(huán)境，金屬結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)一般不考慮濕熱對(duì)性能的影響。濕熱影響與沖擊損傷是1970年代碳纖維復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)在投入使用后首先發(fā)現(xiàn)的兩大問(wèn)題。有關(guān)濕熱影響的研究一直貫穿復(fù)合材料在結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的全過(guò)程，主要表現(xiàn)在兩方面，即材料許用值和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值的確定和結(jié)構(gòu)（特別是全尺寸結(jié)構(gòu)）靜強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證方法。

由于復(fù)合材料的基體材料（主要是樹(shù)脂基）在使用中會(huì)吸收一定量的水分，復(fù)合材料的吸濕量隨溫度升高對(duì)性能（特別是壓縮、剪切和擠壓強(qiáng)度）降低有重大影響，如圖4所示，這一性能降在接近復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度時(shí)特別突出，而常用的環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度分為高溫固化和中溫固化兩類，其中高溫固化的濕態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約為150°C，而中溫固化的濕態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約為90°C，材料工作極限（MOL）一般應(yīng)比濕態(tài)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低約28°C，使得結(jié)構(gòu)選材的第一步就要考慮其MOL是否滿足要求。其次在材料鑒定和確定許用值和設(shè)計(jì)值的試驗(yàn)矩陣中必須增加濕熱條件下的材料性能試驗(yàn)，其工作量和成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)室溫干態(tài)條件下的試驗(yàn)。

由于復(fù)合材料的這一特性，在進(jìn)行復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證時(shí)特別強(qiáng)調(diào)，必須考慮濕熱環(huán)境對(duì)靜強(qiáng)度的影響。作為靜強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)的通過(guò)判據(jù)要求，結(jié)構(gòu)應(yīng)在最嚴(yán)重的環(huán)境條件（通常是濕熱狀態(tài)）下，承受等于或小于設(shè)計(jì)極限載荷時(shí)，結(jié)構(gòu)不應(yīng)發(fā)生總體破壞外。傳統(tǒng)的全尺寸結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度驗(yàn)證均在室溫環(huán)境下進(jìn)行試驗(yàn)，如何滿足這一要求也是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證的難題之一。歷史上曾經(jīng)采用在濕熱環(huán)境箱中進(jìn)行全尺寸復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的靜強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)，如A320垂尾，國(guó)內(nèi)1990年進(jìn)行的Y7復(fù)合材料垂尾靜強(qiáng)度驗(yàn)證試驗(yàn)。近年來(lái)主要采用在室溫大氣環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，但需增加濕熱環(huán)境因子考慮，或在室溫大氣環(huán)境進(jìn)行試驗(yàn)，將試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)外推考慮環(huán)境因子。濕熱環(huán)境因子的確定是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研發(fā)的難題之一。

圖4 溫度與濕度對(duì)與基體有關(guān)（如壓縮和剪切）性能的影響

3.5以承認(rèn)靜力覆蓋疲勞和考慮沖擊損傷阻抗為基礎(chǔ)的耐久性設(shè)計(jì) 

金屬結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)包括其疲勞壽命（包括裂紋擴(kuò)展壽命）設(shè)計(jì)、腐蝕疲勞等，特別是疲勞裂紋的產(chǎn)生或擴(kuò)展是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)極其重要且花費(fèi)巨大的設(shè)計(jì)內(nèi)容，需要通過(guò)試驗(yàn)獲得大量不同結(jié)構(gòu)特征試樣的S-N曲線和進(jìn)行疲勞壽命預(yù)估。靜力覆蓋疲勞是1992年美國(guó)空軍專家來(lái)華講學(xué)時(shí)帶來(lái)的新概念，在提出的初期無(wú)法為國(guó)內(nèi)的專家接受，經(jīng)過(guò)20多年來(lái)大量各層次（元件、部件和全尺寸結(jié)構(gòu)）試驗(yàn)件的疲勞試驗(yàn)驗(yàn)證，目前這一概念已被飛機(jī)領(lǐng)域的復(fù)合材料專家普遍接受。采用這一概念是有前提條件的，首先結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)值的確定必須基于上述的含缺陷/損傷的試樣，其次需證實(shí)復(fù)合材料試樣級(jí)的S-N曲線均滿足下列條件：其疲勞門檻值（106次）與相應(yīng)試樣剩余靜強(qiáng)度比值超過(guò)0.5（如圖5所示），通常需給出含沖擊損傷試樣的壓-壓（R=10）和含開(kāi)孔試樣的拉-壓（R=-1）S-N曲線（詳細(xì)內(nèi)容另文討論）。

圖5 復(fù)合材料的S-N曲線示意圖 

沖擊阻抗在國(guó)外通常歸為損傷容限范疇，主要描述薄蒙皮結(jié)構(gòu)抵抗外來(lái)物沖擊不會(huì)產(chǎn)生不可接受損傷尺寸的能力。小能量外來(lái)物沖擊對(duì)金屬結(jié)構(gòu)也經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生目視可見(jiàn)的凹坑，只要不出現(xiàn)裂紋，在維修時(shí)一般可不予處理。但復(fù)合材料薄面板結(jié)構(gòu)或薄面板夾層結(jié)構(gòu)，一旦產(chǎn)生了目視可見(jiàn)的損傷時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致芯子吸濕的通路，它不會(huì)直接引起結(jié)構(gòu)破壞，但若不進(jìn)行維修則會(huì)引起結(jié)構(gòu)失效（例如夾層結(jié)構(gòu)進(jìn)水使蒙皮與芯子大面積脫膠），從而產(chǎn)生大量維修需求，因此作者把此類問(wèn)題歸為耐久性。在設(shè)計(jì)薄面板結(jié)構(gòu)或薄面板夾層結(jié)構(gòu)時(shí)，需要對(duì)薄蒙皮或面板采用增加厚度，或者增加玻璃纖維表面層等設(shè)計(jì)措施，以避免不可接受的維修需求。

金屬結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)要求還包括耐腐蝕、抗紫外線老化等問(wèn)題。由于碳纖維復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)通常采用環(huán)氧或雙馬，這些樹(shù)脂的化學(xué)穩(wěn)定性保證其擁有優(yōu)越的耐腐蝕和抗紫外線老化的性能，一般復(fù)合材料飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很少專門處理這類問(wèn)題。

3.6 以沖擊損傷和損傷無(wú)擴(kuò)展為特點(diǎn)的損傷容限設(shè)計(jì)

金屬結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計(jì)主要考慮初始裂紋長(zhǎng)度、裂紋擴(kuò)展速率和達(dá)到臨界裂紋長(zhǎng)度后的剩余強(qiáng)度，以及離散源損傷，復(fù)合材料沖擊損傷的特點(diǎn)是，即使層壓板內(nèi)部存在大范圍分層，外表面可能仍然是目視不可檢的，且壓縮強(qiáng)度會(huì)急劇下降（如圖2），因此復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷容限除離散源損傷外重點(diǎn)是初始沖擊損傷尺寸定義和含沖擊損傷結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度要求，以及損傷無(wú)擴(kuò)展設(shè)計(jì)概念（詳細(xì)內(nèi)容另文討論）。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中的缺陷/損傷在疲勞載荷下的破壞通常呈現(xiàn)“突然死亡”的特征，即無(wú)足夠的損傷擴(kuò)展壽命可以利用，同時(shí)無(wú)法得到統(tǒng)計(jì)有效的損傷擴(kuò)展規(guī)律，所以設(shè)計(jì)通常采用損傷無(wú)擴(kuò)展概念。

3.7 以積木式設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)為基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)驗(yàn)證方法

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常采用所謂的“積木式設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證方法”（有時(shí)也稱為“金字塔”驗(yàn)證方法）對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，這一術(shù)語(yǔ)最早是1980年代初期針對(duì)飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證提出的，它包括試樣、元件、典型件、組合件和全尺寸結(jié)構(gòu)五級(jí)如圖6所示。

圖6 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證的積木式方法 

其實(shí)金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也需要通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，只是設(shè)計(jì)階段對(duì)材料性能只需少量試驗(yàn)，由于如3.2節(jié)闡述的復(fù)合材料力學(xué)性能表征的特點(diǎn)，其設(shè)計(jì)過(guò)程中材料級(jí)試樣級(jí)試驗(yàn)的種類和數(shù)量遠(yuǎn)大于金屬，構(gòu)成了金字塔的塔底。

金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核方法比較成熟，有很多經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證的計(jì)算方法，對(duì)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證很多可以通過(guò)計(jì)算來(lái)證實(shí)。而復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核依然缺乏經(jīng)驗(yàn)，特別是由于結(jié)構(gòu)和受載的復(fù)雜性，以及破壞機(jī)理的多樣性，不能僅僅通過(guò)分析來(lái)保證結(jié)構(gòu)不會(huì)由于面外載荷而出現(xiàn)提前破壞；不能僅僅通過(guò)分析來(lái)保證結(jié)構(gòu)存在缺陷/損傷（特別是沖擊損傷）時(shí)有足夠的承載能力。國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料研發(fā)初期，由于對(duì)積木式試驗(yàn)驗(yàn)證方法的重要性認(rèn)識(shí)不足，有大量計(jì)算分析沒(méi)有問(wèn)題，卻在全尺寸結(jié)構(gòu)的驗(yàn)證試驗(yàn)中提前破壞的案例。為了將全尺寸結(jié)構(gòu)驗(yàn)證試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)降到最低，有必要在組合件以下的驗(yàn)證試驗(yàn)中暴露出結(jié)構(gòu)的薄弱部位，以便及早排除隱患，因此復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的完整性需要采用全尺寸部件和必要的試樣、元件、組合件相結(jié)合的多層次設(shè)計(jì)驗(yàn)證試驗(yàn)方法來(lái)保證。這種方法可以通過(guò)低層次試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證在全尺寸試驗(yàn)時(shí)實(shí)施有困難的驗(yàn)證內(nèi)容(如計(jì)算時(shí)未發(fā)現(xiàn)的面外載荷、環(huán)境影響、損傷性能等)。

由于濕熱影響和材料性能的分散性，需要用積木式方法來(lái)確定應(yīng)用于室溫大氣環(huán)境下進(jìn)行全尺寸結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)度驗(yàn)證的環(huán)境補(bǔ)償值，和用積木式試驗(yàn)來(lái)確定疲勞譜的截除方法，和在全尺寸水平上的疲勞分散性補(bǔ)償因子，這也是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須采用積木式設(shè)計(jì)試驗(yàn)驗(yàn)證方法的原因。

3.8 其他

強(qiáng)度與剛度規(guī)范中有關(guān)剛度要求，包括變形、穩(wěn)定性和動(dòng)強(qiáng)度考慮。因?yàn)閯偠纫笠话悴簧婕捌茐?，因此可以采用與金屬結(jié)構(gòu)相同的方法處理，并采用相同的設(shè)計(jì)要求。軍機(jī)規(guī)范中有關(guān)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的分冊(cè)未提及動(dòng)強(qiáng)度要求復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)的差別，在編制過(guò)程中，飛機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)強(qiáng)度專家專門對(duì)此提出了質(zhì)詢。1980年代初期，中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所專門成立了復(fù)合材料動(dòng)強(qiáng)度研究課題組，進(jìn)行了多年研究，在《復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)》編寫(xiě)中專門成立了《結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)分析技術(shù)》編寫(xiě)組進(jìn)行編寫(xiě)，的確在復(fù)合材料動(dòng)力學(xué)研究中，其選材和鋪層設(shè)計(jì)方面與金屬有所不同，動(dòng)特性通常優(yōu)于金屬，但其動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與金屬?zèng)]有原則上的差異。同樣穩(wěn)定性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與動(dòng)強(qiáng)度要求類同，直接采用金屬結(jié)構(gòu)的要求即可。

安全系數(shù)是保證結(jié)構(gòu)安全的手段之一。在飛機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度規(guī)范中把安全系數(shù)稱為不確定系數(shù)，它通常用于補(bǔ)充考慮設(shè)計(jì)時(shí)未預(yù)計(jì)到的載荷、材料、工藝等因素對(duì)安全性的不確定性影響。根據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，只要充分考慮上述完整性要求中復(fù)合材料與金屬結(jié)構(gòu)的差別，安全系數(shù)的取值與使用的材料無(wú)關(guān)。

作者簡(jiǎn)介

沈真，中國(guó)復(fù)合材料學(xué)會(huì)榮譽(yù)理事、SAMPE北京分會(huì)副主席、江蘇恒神股份有限公司高級(jí)顧問(wèn)，主要研究復(fù)合材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)和力學(xué)性能表征技術(shù)。曾在英國(guó)帝國(guó)理工學(xué)院、德國(guó)宇航研究院、意大利都靈工業(yè)大學(xué)、澳大利亞悉尼大學(xué)等國(guó)外知名院校從事復(fù)合材料力學(xué)研究工作。在40多年的科研工作中曾長(zhǎng)期擔(dān)任國(guó)防重點(diǎn)預(yù)研課題的負(fù)責(zé)人，參與了迄今為止幾乎所有飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的研制。同時(shí)在國(guó)內(nèi)外的重要刊物和學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)表100多篇論文，先后主持編寫(xiě)了多部專著和20多項(xiàng)國(guó)標(biāo)、國(guó)軍標(biāo)、航空行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主持翻譯了大量國(guó)外文獻(xiàn)。同時(shí)參與編寫(xiě)了多部學(xué)術(shù)專著。多年來(lái)共獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)1項(xiàng)、部級(jí)科技進(jìn)步一、二、三等獎(jiǎng)共18項(xiàng)，2001年被評(píng)為中國(guó)人民解放軍總裝備部1996~2000年預(yù)研先進(jìn)個(gè)人，2006年獲航空?qǐng)?bào)國(guó)優(yōu)秀貢獻(xiàn)獎(jiǎng)。