航空复合材料强度技术的前世今生与未来发展
复合资料，望文生义便是由两种或两种以上不同性质的资料，经过物理或化学的办法，在微观或微观上组成具有新功用的资料。现在，复合资料的运用益发广泛，复合资料中碰到的强度问题也是日渐突显。今日，咱们就来听强度君说一说复合资料的宿世此生与强度博弈。
复合资料源于大自然，昆虫、鸟类等动物比人类更早地了解和运用了复合资料，如用泥土将植物秸秆粘接在一同构筑健壮结实的巢穴。而人类的复合资料运用相同也始于修建，原始人运用动物的粪便、粘土、稻草和树枝等资料的混合结构来构建房子。众所周知的古埃及金字塔，便是运用了石灰、火山灰等作粘合剂，混合砂石等作为砌料，这其实也便是最早最原始的颗粒增强复合资料。
植物纤维泥土基复合资料燕窝
到了19世纪末，人类关于复合资料从无认识的感性向理性认识阶段展开，独木舟制作者测验运用牛皮纸与紫胶粘合，制作纸层压板便是典型的代表。20世纪30年代合成树脂的出现更是推动了整个复合资料工业的展开，玻璃纤维和合成树脂的“复合产品”也被认为是现代复合资料的起点。
复合资料展开到今日，碳纤维树脂基复合资料为代表的先进复合资料已成为干流。先进复合资料由纤维增强体与基体组成，其间基体起到粘结、支撑、保护纤维的效果，常见基体资料有双马来酰亚胺、聚酰亚胺、环氧树脂等；纤维散布在基体中起到进步基体资料功用的效果，常见纤维增强体资料有碳纤维、玻璃纤维等。
跟着复合资料技能的展开，航空飞翔器复合资料的用量从开始的缺乏1％（DC-10），展开到如今的50％以上(波音B7空客A350XWB)。复合资料的运用结构也由开始的次承力结构（襟副翼、方向舵、扰流板、起落架舱门等）展开到主承力结构（机身、机翼、尾翼、后承压框等）。现在复合资料的用量已成为衡量航空飞翔器先进性的重要标志之一。
飞翔器复合资料用量的展开历程
复合资料的强度问题
先进复合资料因为其高比强度、高比刚度、抗疲惫、耐腐蚀及可规划性等许多长处，被广泛运用于工程结构中，尤其是航空飞翔器结构。与传统金属比较，选用复合资料可使结构减重30%。可是，世界上没有完美的资料，复合资料也不破例，在许多环节中不断出现的问题以及因复合资料强度问题所引起的飞翔事端，使得工程师们逐步认识到，复合资料的研发之路还有很长的路要走。
航空复合资料的抗冲击功用差是其不行逃避的问题，在受冲击后复合资料层间功用十分单薄的缺点暴露无遗，一旦出现分层损害，则会对结构全体功用形成严峻破坏。冰雹、雷击、鸟撞等使飞机结构受损然后导致飞机崩溃引发灾难性事端的事例不在少数。
比较较于飞翔历程中高能量的瞬间冲击，日常运用、修补历程中的低能量冲击更令工程师感到头疼，现实上飞机复合资料部件最多的损害恰恰便是在保护历程中各种磕碰、拆开而发生的，比方修补人员身上坠落的扳手砸到结构外表形成的冲击损害，这不经意的一会儿足以形成内部的缺点。而与高能量冲击不同的是，这种缺点在外外表或许根本无迹可寻。而当你发现外表有牵强目视损害时，或许结构内部现已受损严峻，强度也骤降一半之多。
复合资料冲击损害与剩下紧缩强度的联系
近年来，跟着航空飞翔器用处和运用环境的多样化，杂乱极点气候，如高温、湿润、滋润等对复合资料的影响变得益发不行忽视。尽管复合资料中的纤维增强体对环境敏感度能够疏忽，可是水分子能够经过基体涣散、纤维-树脂基体界面间的毛细效果渗透到结构中。这种“趁虚而入”的行为会下降其玻璃化转变温度，然后引起与基体密切相关的力学功用（如拉伸、紧缩、层间剪切强度、揉捏强度等）显着下降。因而复合资料结构有必要考虑湿热环境联合效果下的强度问题。
我们最为了解的F-22等战斗机，因为超声速巡航需求，机身外外表长时间与空气高速冲突发生高温，在机翼复合资料的挑选上不吝运用耐性和抗冲击功用更差的双马来酰亚胺树脂基体，以取得260℃的最大作业温度。B787在发动机吊架等高温结构中，仍坚持选用钛、钢等资料。
别的，复合资料静强度和疲惫强度的涣散性均高于金属，特别是疲惫强度尤为杰出，因而在对复合资料结构进行疲惫验证时，除寿数涣散系数外，有时还考虑载荷放大系数。
以上异于金属资料的独特功用和特征，在力学功用表征、规划、结构强度评价与验证等方面给复合资料带来了一些独特要求和强度问题。跟着复合资料在飞机主承力结构中运用的不断扩大，这些强度问题也变得越来越杰出。
复合资料的强度力气
航空工业强度地点复合资料强度范畴有一支长时间从事规划、剖析与实验的专业团队。首要针对航空航天、轨道交通、车辆装备及工业修建等范畴的工程运用需求，环绕复合资料耐久性/损害容限、稳定性、衔接、积木式实验及轻质多功用复合资料结构等五个专业方向，展开根底理论、技能攻关以及前沿探究等科研作业，并担负相关验证任务。
复合资料专业作品、实验规范等
作为国内复合资料飞机结构类型研发与预先研讨积木式验证的中坚力气，完成了很多的典型构件、大尺度构件及全尺度部件的强度验证与评价作业，具有满意适航要求的积木式验证实验技能及剖析才能。
积木式验证体系
在理论剖析方面，可展开复合资料衔接传载特性与衔接强度剖析评价、衔接区规划和实验规划与鉴定；复合资料构件、壁板和盒段等结构稳定性剖析及后委曲强度评价；含缺点/损害复材疲惫寿数估计与剩下强度剖析；复合资料结构修补容限和修补办法剖析，可修补性规划，修补结构强度/刚度/耐久性评价等方面的技能研讨。
复合资料结构强度剖析
在实验才能方面，装备1kN-6000kN等不同标准的静力和疲惫实验机20余台，具有在低温(-80℃)、室温文高温(1200℃)等不同环境条件下进行资料及结构力学功用测验的才能。自主规划研发了平直壁板双向紧缩实验渠道、平直壁板压-剪复合实验渠道、曲板（机身壁板）拉（压）-剪-气密载荷复合加载实验渠道。并具有一系列的多通道测控体系、非触摸式全场变形丈量体系等要害实验条件。测验技能与自主研发的实验夹具、设备才能已达世界先进、国内领先水平。
壁板压-剪复合载荷实验设备
跟着先进飞翔器结构的展开，新规划办法、新资料/工艺/结构及自动化制作设备不断涌现，未来飞机结构出现复合资料化、全体化、结构功用一体化的特色。复合资料在规划、制作、剖析及实验等方面将面对巨大的应战及机会，一起跟着更轻质、更节能、更高效、更绿色等理念的深度交融，也给复合资料的运用提出了更高的要求。
强度所复合资料结构强度专业将严密环绕我国军民用类型飞机展开需求，侧重处理复合资料在类型研发历程中遇到的强度瓶颈技能问题，以及面向未来先进飞翔器的新资料、新工艺及新结构的强度根底技能问题。以探究复合资料强度理论、发明复合资料强度技能、供给复合资料强度东西、验证复合资料强度规划为任务，支撑低成本、国产复合资料工业化展开，进一步提高我国复合资料结构强度规划、剖析与评价以及实验验证等方面的技能水平，为我国工业复合资料的展开继续供给汹涌的强度力气。