真空注胶真空注型机路理注胶工艺流程真空注塑技艺原

　　纤维巩固树脂基复合原料对待改观航空动员机推重比、燃油经济性及节能环保拥有苛重道理。本文先容了树脂基复合原料正在民用航空动员机上的行使情景，总结了航空动员机复合原料电扇机匣和电扇叶局部临的挑衅与枢纽技巧题目，网罗繁杂曲面预造体计划技巧、复合原料异形组织高精度造备技巧、复合原料组织多标准修模与精密化仿真以及复合原料机匣的见原性计划法规等。勾结目前筹议热门瞻望了可行使于航空动员机复合原料组织研造的新思绪和新技巧。

　　为知足乘客机正在推重比、经济性、长航程、巡航燃油服从和绿色环保（噪声、排污）方面的需求，民用航空动员机涵道比连续增大。通过增大电扇直径补充动员机进口的面积是增大涵道比的合键方法之一，如 GE90 动员机的电扇直径达3. 251 m，已 高 于 ARJ21-700 的 舱 内 宽 度（ 约3. 143 m），接 近 一 些 中 型 客 机 的 机 身 直 径（约3. 76 m）。更大的电扇直径拥有诸多长处，如普及了动员机的氛围流量，有帮于晋升热服从和推力；正在叶尖速率需求额定的情景下，电扇可采用更低的转速，进而低重噪声，以知足绿色环保和安逸性的哀求。但动员机电扇尺寸的补充不但补充了电扇叶片自己质地，同时也导致电扇轮盘、电扇机匣、安置组织、传力编造等组织质地补充，最终导致动员机质地大幅补充，因而对电扇减重提出了需求。

　　新原料的行使可低重动员机重量，普及动员机耐久性、牢靠性，改观动员机功能［1］。纤维巩固树脂基复合原料（简称复合原料）拥有高比强度、高比刚度、可整个成型和可计划等长处，是目前被寻常采用的轻量化原料之一。通过纤维原料组合完毕轻量化组织计划，正在组织减重的同时又可低重组织件的装置本钱。航空动员机哀求苛苛独揽重量，复合原料的这些特性对待航空动员机的减重、普及促进服从、低重噪声和排放、低重本钱等都拥有苛重道理［2］。与前辈飞机组织发呈地步相同，复合原料的行使比例和用量已成为航空动员机前辈水平的苛重标记。

　　复合原料正在航空动员机行使历程中同样需求办理多种枢纽技巧题目：复合原料的功能计划、创设历程中缺陷的检测与影响评估、复合原料的袭击毁伤领悟、复合原料对处境和湿度敏锐筹议、复合原料衔尾题目以及分层题目等。新原料和新工艺的行使必定会给组织计划和坐褥带来挑衅，正在航空动员机行使的非常载荷下，这些复合原料的固有题目更值得谨慎。为此本文从复合原料行使繁荣和原料类型方面简述了复合原料正在航空动员机中的行使近况，并要点对复合原料行使于航空动员机创设、计划、试验及适航取证中的枢纽技巧题目筹议近况举行总结，如图 1 所 示 ，以 支 持 复 合 材 料 正在 航 空 发 动 机 中 的行使。

　　其它，思虑到本文合键从复合原料行使于全部工程部件的角度举行说明，正在纤维巩固体和树脂组分原料造备和力学功能方面的枢纽技巧未举行先容。

　　树脂基复合原料正在常温下拥有安宁且优异的力学功能，可正在动员机进气端的组织中行使，如压气机机匣、叶片、导向叶片、帽罩及框架组件等。目前美国通用电气航空集团（General Elec⁃tric Company，GE）、英国劳斯莱斯股份有限公司（Rolls-Royce PLC，罗罗）和美国普拉特惠特尼集团公司（Pratt & Whitney Group，普惠）等海表合键动员机厂商已正在民用大涵道比动员机的电扇叶片和电扇机匣组织中大周围行使碳纤维树脂基复合原料，行使情景如图 2 所示。

　　20 世纪 90 年代，通用公司的 GE90 动员机率先行使了铺层复合原料叶片；同期 GE90、罗罗公司的 Trent 系列和普惠公司的 PW4000 等动员机行使了金属复合原料叠层的复合型电扇机匣。往后跟着复合原料计划和造备工艺的进一步繁荣，二维和三维编织复合原料也逐步受到动员机厂商的青睐。通用公司的 GEnX 动员机正在国际上初次行使了基于二维三轴编织复合原料的全复合原料电扇机匣，该电扇机匣采用自愿化编织工艺，成型后的电扇机匣直径达 2. 82 m，比拟同尺寸的金属原料机匣减重 160 kg，且拥有更优异的抗表物袭击功能和抗腐化功能，明显晋升了动员机的行使寿命。

　　其它罗罗公司正在 1995年加入行使的 Trent 700系列也选用了高强度纤维环绕巩固的软壁电扇机匣组织，并以此为根基繁荣出了 Trent动员机的家族序列。普惠公司的最新型号动员机 PW1000G的机匣和电扇叶片也多量行使了复合原料。

　　航空动员机组织中常用的复合原料巩固类织物可能分为平面型（2D）和立体型（2. 5D、3D），此中守旧单向带类织物、自愿铺丝织物属于平面型巩固体，而机织物、针织物和编织物属于平面型或立体型巩固体［3］。目前复合原料电扇机匣和叶片常用的巩固体有单向带类织物、二维三轴编织物、三维机织物和三维编织物，其织物组织如图 3 所示。这些巩固体正在海表合键型号中都有行使，如采用预浸料铺层工艺的 GE90 电扇叶片［4］；罗罗公司将自愿铺丝工艺（AFP）勾结激光定位技巧用于其 Trent 1000 和 Trent XWB 复合原料风 扇 叶 片 的 研 造 之 中［5］；CFM 公 司 的 LEAP-X动员机电扇叶片和电扇机匣均采用三维机织复合原料；通用公司的 GE9X 动员机的电扇机匣原料也采用了三维机织复合原料。

　　航空动员机用复合原料基体按加工功能分别可分为热固性和热塑性两类，热固性合键有环氧树脂编造、双马来酰亚胺（BMI）树脂编造和聚酰 亚 胺 树 脂（PI）体 系 ；热 塑 性 主 要 有 聚 醚 醚 酮（PEEK）、聚醚酮（PEK）和聚醚酰亚胺（PEI）等。这些树脂都为高功能树脂编造，其各方面功能必需知足实质行使需求，如拉伸、压缩、弯曲、韧性及抗袭击等力学功能；溶剂的融化性、滚动性和黏度的转化情景等工艺功能；玻璃化转化温度、耐热氧化安宁性、热分化温度等热物理功能。通用公司的 GE90 复合原料电扇叶片采用了韧性环氧树脂、LEAP-X 的电扇叶片采用了高温高韧环氧树脂，这些增韧树脂的行使可改观复合原料的断裂和委靡功能，对普及组织的盈利强度有益。

　　要深切领悟复合原料及其组织工程行使中的枢纽题目，需对创设工艺、组织计划、力学领悟、试验技巧和产人品使要求等多方面举行领悟，勾结复合原料正在航空动员机工程行使中此类合连枢纽技巧举行阐发。

　　复合原料叶片是一种大挽回、高厚度、变截面、繁杂异构曲面组织，其厚度纵横双向匀称转化，叶片前缘厚度幼，后缘薄，叶顶到叶根厚度、扭逐鹿步增大，并正在叶身和榫头间厚度突变以保障气流滚动匀称做功［6］。复合原料机匣同样存正在变厚度组织，日常为上下剖分的筒形层合组织，正在剖分周围处、前后段机匣衔尾处及机匣开孔处均有局限铺层加厚区（变厚度区），其它复合原料电扇机匣计划有周向翻边［7］。这种匀称变厚度、大尺寸反转体翻边对预造体计划和织物工艺拥有极高的哀求。

　　正在预造体变厚度计划和成形方面，精准分区差别化铺层计划技巧、自愿铺放高效途途策划和仿真技巧、三维纺织双向匀称增减纱技巧组成了复合原料预造体变厚度计划的枢纽技巧。精准分区差别化铺层计划较为繁杂，应试虑组织形式、离心力、气动力和表物袭击等身分影响，通过频频的试验和仿真确定最终分区、铺层和增减纱组织，以完毕截面的持续变厚度。这个历程中需着重左右预浸料的平面-曲面变换裁切优化、预浸料铺贴的精准定位及预浸料的层间巩固。海表一般采用分层切片法配合自愿裁床举行平面-曲面变换裁切优化，并采用激光放样法举行精准定位［8］。文件［9］报道了航空动员机电扇叶片铺层分区计划的历程，其铺层计划思虑了几何形式和受载的影响。

　　正在竣事分区计划后，可按照织物形势采用如人为铺放、自愿铺放和纺织物增减纱技巧等分其它本事完毕预造体成形。二维织物可采用人为铺放成形，也可通过自愿铺放轨迹计划完毕叶片和机匣的自愿化织造，如罗罗公司采用自愿铺丝工艺造备了“超扇（UltraFan）动员机”电扇叶片［5，10］，超扇电扇叶片的复合原料由 500 层 HexPly M91 纤维和高强韧环氧预浸料组成。采用自愿铺丝工艺可明显晋升创设服从，但自愿铺丝正在铺放历程中会发生丝带挽回、皱褶及间隙等缺陷，可思虑压头转弯半径、压实情景和铺丝角度缺点等身分计划加工轨迹、模仿铺放历程，以酿成高效途途策划和仿真技巧。南京玻璃纤维筹议院、东华大学［11］、天津工业大学［6，12］的筹议职员先容了三维机织叶片增减纱变厚度异形叶片的纺织历程，指闪现有纺织工艺可完毕叶片预造体的厚度计划，但正在叶根过渡处的计划和创设技巧尚有待冲破。

　　复合原料机匣的大反转体翻边组织特色如图 4［9，13］所示，若采用二维单向带类原料，可按照计划载荷举行铺层计划和插层补强，文件［13］探究了拥有整个翻边特色的复材机匣拼接铺层计划本事，并确定了拼接层数、拼接层身分及拼接截面；自愿铺丝、三维机织和三维编织物需一体成形翻边预造体，需冲破自愿化织造技巧，以完毕匀称变厚度变截面历程。通用电气的 LEAP-X 动员机采用三维预成形技巧，造备了一种每个边都有 L 型翻边的电扇机匣，拥有较高的成形质地和成形精度［14］。

　　复合原料叶片和机匣多采用高韧性液体成型树脂举行整个成型。树脂正在一个包罗曲面的大尺寸变厚截面预造体内部长间隔滚动历程中极易因为树脂温度不屈均、滚动漫衍不匀称导致成型挫折［15］，进而闪现轮廓气孔、干斑和富树脂等缺陷。树脂传达模塑成型（RTM）是复合原料叶片和机匣创造历程中寻常采用的液体成型工艺，该工艺是正在拥有必定形式的刚性模具型腔内使树脂与纤维充足浸润，并按树脂工艺典型举行升温固化，进而获得复合原料零件，RTM 工艺同样存正在多种液体成型缺陷和充模韶华等题目。因而需扶植大尺寸预造体成型技巧和高增韧短时效迅速 RTM 成型技巧。

　　正在大尺寸预造体成型技巧方面，Brouwer［16］、Hindersmann［17］和 Hamidi［18］等 研 究 了 大 型 结 构的真空注塑成型技巧及其对加工缺陷的影响。真空辅帮成型可依托大气压力注入树脂，更容易穿透浸润纤维，改观浸润功效，进而删除气泡、空虚等创设缺陷的发生。中航复合原料有限公司的筹议职员［19］探究了拥有曲率半径的复合原料正在热压罐成型中的创设缺陷题目，指出曲率半径越幼越容易闪现缺陷，易闪现分层、孔隙和厚度漫衍不均等题目。

　　正在 高 增 韧 短 时 效 速 速 RTM 技 术 方 面 ，Nielsen［20］、Spoerre［21］等和武汉理工大学［22］的筹议注脚 RTM 成型历程中纤维浸润不充足、磨具流道计划及排气口树立不对理等身分会惹起树脂正在膜腔内停息韶华短，进而酿成干斑；若纤维正在模腔内漫衍不均，树脂流经纤维含量低的区域固化后则会酿成富树脂区［15］。RTM 工艺还受真空度、打针压力、打针流量等打针参数的影响，如高压树脂传达模塑成型（HP-RTM）采用高压注塑竣事基体浸润和迅速固化，拥有短时效的长处。Zhao 等［23］筹议了高压 RTM 功用下树脂滚动导致的纤维面内变形的题目，如图 5 所示，正在高压打针压力下纤维束冲洗（Fiber-Tow Washout）组成了合键的创设缺陷；正在高打针速率时纤维束内会酿成幼气泡，低打针速率时会正在纤维束间酿成大气泡。注塑后可采用热压罐举行固化，但大尺寸预造体成型仅依托热压罐成型工艺已难以保障零件的成型精度；勾结闭模成型工艺可较好地办理成型精度不够的题目，已成为复合原料电扇叶片的主流成型技巧。

　　综上，大型繁杂曲面复合原料组织的成型需优化成型温度、模压压力和固化弧线，并归纳思虑真空度、打针压力、打针流量等身分的影响。为低重研发本钱，可通过预造体固化仿真领悟对固化工艺举行优化；其它工艺仿真还可归纳思虑预成形导致的纤维烦扰、面表振动，注塑导致的干斑、孔隙，固化导致的微裂纹、纤维烦扰和孔隙扩散等身分，进一步改观繁杂组织件的成型质地与成型服从。

　　复 合 材 料 叶 片 正在 服 役 过 程 中 会 受 飞 鸟 、水滴、冰雹、龙脑、沙石等表物的袭击，其它复合原料周围正在创设历程中也易闪现孔隙、分层等物理缺陷。这些繁杂表载及原料自己工艺题目正在叶片高速回旋发生的雄伟离心力及高速气流发生的气动力的功用下，会对原料自身的功能形成雄伟影响。为爱护复合原料叶片，通俗对复合原料叶片本体前缘举行金属包边，通过胶接勾结热压的方法举行衔尾。然而叶片动作一种大挽回化截面的繁杂组织，前缘更是发作挽回曲面变形最大的区域，相应的金属包边是一种深 V 槽型挽回组织件［24］，易闪现粘合质地不均、粘合强度和牢靠性不够的题目。这种组织正在回旋频频受力、连接周期性气流和振动载荷的功用下，存正在的脱粘危害大概导致包边零落并进入动员机，形成紧要后果［25］。因而叶片前缘与金属包边的粘合工艺计划、粘合强度与安宁性成为影响叶片行使寿命的苛重身分［26］。包边胶接工艺计划本事、表物袭击载荷下胶接界面失效动作预测是复合原料叶片包边计划的枢纽技巧。

　　正在金属包边胶接工艺计划方面，文件［27］筹议了采用真空袋和热压罐将轻量化包边粘于电扇叶片的流程，热压历程中需按照粘接剂特点合理独揽压力和温度；武汉理工大学的筹议职员［26］公然了一种通过超声波减振打针粘接剂，使用振动压力耦合功用鼓舞粘接剂滚动，进而普及成型质地的本事；文件［24］筹议了金属包边与复合原料胶接成型历程中包边与叶片本体定位独揽构成预组合体及升温固化成型的本事，可独揽单侧胶层厚度为 0. 2~0. 4 mm；西北工业大学的筹议职员［28-29］筹议了复合原料的仿生毛化衔尾本事，有帮于晋升金属包边与复合原料叶片前缘的胶接强度和安宁性。包边胶接界面会受拉、压、剪搀杂载荷功用及袭击和委靡载荷功用，为筹议界面载荷传达与损害机理，需精准领悟搀杂形式下胶接界面变形、毁伤的开始与扩展历程，扶植相顺应的界面力学数值模子显得尤为苛重。因而应针对胶接界面拉-压-剪搀杂载荷、驻点压力应力损害、裂纹扩展后闭合等繁杂题目，更始现有内聚力单位法，扶植可表征搀杂应力形态下胶接界面力学动作的有限元数值模子。

　　正在金属包边胶接承载仿真方面，Miller 等［30］使用压力磨具造备了包罗金属包边的平板叶片模仿件，发展了袭击打靶测试，结果显示叶片包边发作了彰着的脱粘地步（如图 6（a）所示）；刘洋等［31］也观测到相同的脱粘地步，这阐明仿真领悟表物袭击包边叶片时不成疏忽包边胶层失效的题目。文件［32］仿真比拟了有无金属包边复合原料叶片毁伤情景，但领悟中未思虑界面胶层的影响；文件［33］模仿鸟撞载荷下包边叶片的脱粘情景（如图 6（b）所示），胶层本构采用的是搀杂双线性模子，结果注脚正在鸟直接撞击载荷下包边胶层发作大面积失效，但叶片整个未发作组织性失效。现有筹议假使发展了表物袭击包边叶片的领悟，但领悟中未思虑界面的应变率效应题目，已有筹议［34］注脚正在高速袭击载荷下复合原料界面存正在彰着的应变率题目，这也是筹议袭击载荷下包边胶接界面失效应试虑的题目。

　　三维编织和三维机织织物复合原料正在厚度偏向都有必定的纱线互相功用，可晋升原料的层间功能、可计划性和铺放服从，并有用低重坐褥本钱与创设周期，正在造备大型复合原料组织中行使寻常。这两类纺织物复合原料拥有卓殊的交叉和绕结特色，成型后的纺织物组织局限和整个都邑发作转化，由此带来的纤维束的弯折、错位都邑影响复合原料的功能。三维纺织物的交错组织使其成型后的评议更为繁杂，宏观上已不行轻易等同于守旧单向带复合原料举行领悟，通俗先按照复合原料多标准特点扶植其包罗织物织造特色的细观组织几何模子，再将模子离散为有限元模子。细观标准模子将织造纤维束和基体离开，离别付与分其它原料属性和本构合联，细观单胞模子可对三维织物复合原料举行领悟，但模子的阴谋量较大。因而需繁荣细观单胞参数化修模本事、繁杂构型组织精密化修模技巧、兼具 计 算 效 率 和 精 度 的 多 尺 度 计 算 方 法 等 仿 真技巧。

　　通俗编织复合原料的几何模子是按照理思化的编织组织扶植的，之后再对几何模子举行离散化，扶植相应的有限元模子，因为纤维交错的组织形势繁杂，需繁荣细观单胞参数化修模本事（如图 7［35］所示），西北工业大学的筹议职员采用阴谋机图像测定本事阴谋了 2. 5D 机织复合原料纤维束正在实质复合原料组织中的纤维束轮廓，勾结 Texgen 软件完毕了参数化修模［35］，并进一步发展了仿真阴谋，其它还可采用 CT 扫描的本事取得织物的几何组织音讯［36］，基于此类图像经管和 CT 扫描技巧完毕了繁杂构型组织参数化、精密化修模。正在竣事修模后的细观有限元模子及其鸿沟要求的扶植方面，Lomov［37］和 Xia［38］等举行 了 详 细 介 绍 ，哈 尔 滨 工 业 大 学［39］、浙 江 大学［40-41］的筹议职员也发展了合连纺织复合原料的细观有限元模仿方面的筹议。

　　固然细观有限元模子正在领悟纺织组织毁伤失效动作方面拥有彰着上风，但也存正在阴谋服从低的瑕玷，正在模仿尺寸较大的复合原料组织袭击毁伤动作时，现有阴谋要求很难知足算力需求，因 此 有 学 者 正在 多 尺 度 计 算 方 法 方 面 开 展 了 筹议［42］。针对平纹机织复合原料及二维三轴编织复 合 材 料 修 立 了 宏 观 亚 单 胞 模 型（SubcellModel），将拥有繁杂纺织组织的胞元等效为拥有分别原料偏向的单层板串并联正交各向异性体，使模子既能响应原料组织的不持续性，又拥有宏观模子的高效性。

　　航空动员机组织任务正在大离心力、气动力和多种袭击载荷下，处于繁杂应力形态，大概闪现纤维断裂、基体毁伤、分层等多种形势的损害形式。繁杂应力形态下，要测超群种情景下复合原料相应极限应力，正在工程上较为贫苦，正在试验道理和试验开发方面的筹议尚有不够；同时正在高速袭击载荷下，原料的本构并不行高效且无误地形容原料正在分别载荷要求下的渐进失效动作及其非线性力学相应，加之原料的绝热温升也导致动员机复合原料的受载是一个类型的热力耦合、形变-相变互相耦合的动力学历程。因而怎样扶植繁杂应力形态下复合原料的本构和强度表面也是值得筹议的题目，需繁荣复合原料动态本构模子、复合原料的多轴动态试验表征技巧、多向应力下的毁伤开始和失效判据等。

　　正在复合原料动态本构模子方面，现有文件合键从宏观力学本事和细观唯象本事两个角度对复合原料的动态本构发展筹议。细观力学本事是将纤维和基体动作原料的根本单位，将复合原料的宏观功能与组分原料的细观组分干系起来，直接通过组分原料的应力与应变场完毕原料整个宏观应力应变场的阴谋，如对微观力学模子举行应变率更始酿成复合原料的动态本构模子［43］。其它复合原料层间界面也呈现出了对加载速度的敏锐性［44-46］，思虑到电扇叶片和机匣行使的三维复合原料存正在层间裂纹扩展担心宁、测试表征不圆满等方面的题目，此类原料应变率敏锐性合连题目也需进一步筹议。筹议原料的应变率效应最直接的方法是发展原料动态力学功能测试，已 有 大 量 文 献 报 道 了 采 用 分 离 式 霍 普 金 森 杆（Split Hopkinson Bar，SHB）发展纤维巩固复合原料单轴动态测试方面的筹议［47-49］。

　　正在复合原料的多轴动态试验表征技巧方面，文件［50］采用单轴霍普金森压杆完毕了压剪复合加载，这种加载只是通过试样计划或引入更多的鸿沟要求完毕试样的多轴应力形态，并不是真正道理上的多向或多轴加载，应力比和多轴应力的同步性难以无误独揽。目前采用高压气体驱动的方法难以完毕同步韶华精度正在微秒量级的多向以至多轴动态加载［51］，西北工业大学［51］开辟的电磁霍普金森杆加载编造因发生的应力直接施加正在试件上，从而消逝应力时差，可完毕真正道理上的动态多向同步加载，对晋升复合原料的动态测试技巧拥有实质道理。

　　多向应力下的毁伤开始和失效判据方面，复合原料的损害领悟与强度表面筹议惹起了合连规模的寻常体贴，发生了多种强度表面与失效判据，如正在纤维或基体抵达指定应力和应变形态时发作失效的最大应力/应变法规，思虑各个偏向应力耦合的 Tsai-Wu 失效法规或对失效形式举行解耦的 Hashin、Chang-Chang 法规。正在多向应力下的毁伤开始和失效判据方面，Li 等［52］筹议了Tsai-Wu 法规中面内正应力和横向正应力交叉项系数具体定本事，这种本事使确定交叉项系数的历程有必定命学和逻辑根基。这种唯象的、二次多项式形势的失效判据很难表征繁杂应力形态下裂纹的扩展与失稳，但正在工程中思虑繁杂应力形态也有必定的鉴戒道理。后续又繁荣出了正在法规中引入断裂面的 Puck 法规、思虑原料非线 法规等，对这些法规正在繁杂应力形态下的合用性可参考文件［53-54］。思虑复合原料各向异性和航空动员机叶片受载的繁杂性，现有失效模子正在高应变率、多向应力形态下的合用性尚有待进一步筹议。

　　航空动员机压气机部件除受到离心力和气流功用表，还受侧风、进气畸变、地面吸涡等身分的影响，委靡载荷工况极为繁杂，因而，高周委靡失效（High⁃Cycle Fatigue，HCF）是压气机叶片的合键失效形式[55]，也是叶片计划的枢纽题目之一。正在委靡载荷功用下 ，复合原料基体裂纹通俗先正在自正在边或原料微弱处萌生，然后贯穿开裂 层 的 厚 度 方 向 并 沿 纤 维 或 试 件 宽 度 方 向 扩展，最终影响组织和平。筹议复合原料机匣叶片类型组织委靡功能，既涉及复合原料力学、毁伤力学、断裂力学等表面，也需求多量的积木式静力和委靡试验数据援手，还需求通过有限元仿真领悟举行无误预测。

　　针 对 复 合 材 料 疲 劳 和 寿 命 问 题 ，要 合 注 上下周复合委靡试验加载技巧、创设缺陷对委靡寿命的影响机造、高精度委靡寿命预测模子、持久服役老化下复合原料的功能退化机造与预测模子等。江南大学的筹议职员［56］筹议了增减纱对三维编织复合原料委靡寿命的影响，通过微CT 和 超 声 波 观 测 材 料 的 损 伤 起 始 ；Song 等［57］研 究 了 2. 5D 机 织 复 合 材 料 正在 室 温 和 非 室 温 要求下的委靡动作，闪现非室温情景下原料委靡寿命补充、盈利强度突变的地步，盈利强度和委靡 寿 命 还 应 考 虑 温 度 的 影 响 ；Rafiee 等［58］研 究了圆环状复合原料件低周委靡加载本事，并采用持续毁伤模子预测了 3 种载荷下圆环失效的委靡寿命；翁晶萌［59］构修了拉-扭组合载荷功用下复合原料的多轴力学动作及委靡寿命预测模子，并通过一系列准静态单轴、多轴上下周委靡试验验证了模子的可行性。上海交通大学的筹议职员［55］发展了复合原料叶片高中委靡微弱点预测方面的筹议，指出叶片弯曲模态、挽回模态应 力 薄 弱 位 置 及 导 致 叶 片 高 周 疲 劳 的 枢纽应力。

　　试验方面，复合原料单向板、层合板的根本力学功能也有可参考的测试本事，但筹议委靡裂纹的演化机理还需求更前辈的试验用具和高精度检测技巧，独特是针对叶片这种大型组织件，也有须要繁荣工程处境下的正在线检测技巧；表面方面，合于复合原料力学领悟本事已有多量筹议任务，扶植的毁伤开始和演化的预测模子多与上下周委靡相合，还应进一步探究合用于超高周委靡毁伤预测的复合原料寿命预测模子；对待厚度渐变、铺层数目多、表界驱策载荷谱随机非稳态、几何形式繁杂的复合原料叶片，尚无法扶植如各向同性原料的委靡失效预测表面，国内目前对其应力寿命数据的积攒较少，短缺多重应力-寿命（S-N）弧线，导致有限元领悟软件委靡模块不行直接行使于复合原料电扇叶片委靡寿命身分预测。应勾结试验、工程数据和表面模子酿成筹议框架（如图 8 所示），发展复合原料委靡组织毁伤机理领悟，揭示服役处境下复合原料自己和表部载荷对委靡寿命的影响顺序。

　　航空涡轮动员机见原性合键是指动员机机匣拥有足够的强度，以防范断裂或零落的叶片穿透机匣从而危急飞机其他个其它组织和平。民用航空动员机必需知足合连适航规章的哀求并通过适航管造部分的适航核定才干加入行使，中国和国际主流适航管造部分合于航空动员机的适航规章和专用条件都对复合原料机匣见原性有清楚哀求。应清楚见原性合连适航规章条件的本质哀求，酿成合连的适航契合性验证思绪、本事和见原性计划法规。繁荣合用于复合原料机匣的体味公式计划法规、机匣见原仿真领悟法规、复合原料机匣整机见原仿真、机匣相应测试本事等。

　　FAA 针对 GE90、GEnx、LEAP 等采用复合原料组织电扇叶片的动员机型号造订了专用要求 ，如 针 对 GE90 的 专 用 条 件 为 SC33-ANE-08［60-61］，这些专用要求基于云云的和平假设：复合原料中的裂纹、分层等创设缺陷不会闪现受载扩展的地步，因而复合原料叶片只大概是因为表物袭击而不大概由于自己缺陷导致叶片段裂从而惹起动员机见原题目。因而复合原料机匣的见原要取决于原料的抗袭击功能，特别是抵御硬物高速袭击的才略。云云只需求举行复合原料叶片流道线以上个别（即大概被表物撞击的个别）零落的整机见原性试验证据契合性。其它复合原料因为自己的特性，其力学功能不但与原料自身合连，还与服役行使处境和加工创设缺陷合连，且因为处境身分的影响，其力学功能尚有大概进一步退化。因而正在领悟复合原料合贯串构见原性时，需思虑服役处境（比方温度、湿度、盐度）、创设缺陷及涣散度和功能退化等身分对待原料功能的影响。

　　正在体味公式计划法规方面，合用于金属原料机匣的体味公式本事［1，62-65］正在预测单个叶片的见原才略时拥有合用性，但不行轻易通过体味公式的本事阴谋获得复合原料机匣的见原裕度。通俗勾结积木式的试验和仿真领悟举行复合原料组织见原裕度领悟（如图 9 所示），这涉及机匣见原仿真领悟法规具体定、复合原料根本力学功能测试、子组织部件抗袭击功能领悟与试验、全组织整机部件见原才略仿真领悟与试验、机匣相应测试本事等。针对这些方面中国商飞的筹议职员［66］筹议了编织复合原料表物袭击载荷复合原料电扇机匣见原功能晋升的重心；浙江大学［67］、西北工业大学［68］和北京航空原料筹议院［69］的筹议职员针对三维编织、机织和二维三轴复合原料发展了弹道袭击试验、回旋打靶试验和数值仿真模仿，筹议了复合原料机匣见原性合连的一系列力常识题。

　　如能正在动员机的计划开辟阶段就将适航哀求动作合连计划输入贯彻此中，搜索基于积木式的验证本事正在分别层级发展任务，扶植符符合航哀乞降顺序的复合原料电扇机匣见原性的评估阴谋编造，就可能删除危害，省俭资金，并保障最终产物胜利通过适航核定。同时动作核定局方，需求有前瞻性地发展航空动员机适航核定的枢纽技巧筹议，云云才干为即将发展的适航核定效劳做好合连技巧储藏。

　　航空动员机的电扇叶片位于进气口的最前端，最易遭遇鸟体、砂石、冰雹等表来物的袭击。表物袭击大概形成电扇叶片闪现大变形或断裂，低重叶片组织的强度从而导致丢失个别或通盘推力，纵然很幼的叶片毁伤也会惹起动员机的不屈均。其它表物袭击大概形成高速回旋形态下的叶片段裂飞脱并袭击电扇机匣，同样大概激发遨游变乱。当前，鸟撞和冰撞等表物撞击威逼已成为新颖动员机计划和创设中的首要和平题目。

　　为保障飞机的遨游和平，适航规章对动员机的电扇叶片和机匣的抗袭击和平功能有苛苛的哀求，如：① 哀求电扇叶片正在遭遇 2. 5 磅的鸟体袭击后 20 min 内，动员机必需能连结 75% 的腾飞推力；② 正在发作电扇叶片飞出（FBO）变乱时不行有非见原碎片飞出动员机，而且动员机正在 15 s 内不行起火。因而正在举行动员机组织计划时必需将此类枢纽组织的抗袭击功能动作苛重目标之一。但复合原料组织正在袭击载荷下的力学动作繁杂，简单地行使表面、仿真或试验本事均难以预测复合原料的袭击失效动作，从而无法无误评估组织的抗袭击功能。

　　要完毕对复合原料构件抗袭击功能的预测，须从原料动态力学功能表征入手，通过试验勾结数值仿真的本事，正在充足操纵复合原料的率合连及尺寸合连力学动作的根基上，扶植原料的动态本构模子及相顺应的动态强度表面，勾结无误的原料力学功能动作输入，预测组织的抗袭击功能。但受原原料功能差别、造备工艺及缺陷的影响，直接采用表面模子或数值仿真机谋获得的预测结果往往是不足无误的，需按照构件具体切服役处境计划相应的等效试验验证并校准，才干用于评估复合原料构件的抗袭击功能。一个有用的表面或数值模子往往要通过多量的试验结果校准，且其有用性通俗拥有很大的控造性，仅能用于评估一种组织或左近改型组织的抗袭击功能。由此可见针对复合原料组织抗袭击功能的预测与评估，思扶植一个高效无误且拥有普适性的模子，仍任重而道远。其它对待复合原料构件抗袭击功能的评议需求一个有用的、一切的模范，且这个模范的扶植要以计划标的为指示。当组织的静强度、动强度及袭击后的毁伤容限功能都动作计划目标时，对组织抗袭击功能的评议就不行行使“弹道极限速率”或“袭击吸能服从”等简单的评议模范。

　　总结了将持续纤维巩固树脂基复合原料行使于航空动员机需造服的一系列枢纽技巧题目和面对的挑衅。跟着新技巧、新本事的闪现，以下 3 个偏向值得体贴：

　　成型工艺会对复合原料的功能形成明显影响，如自愿铺丝因温度、压力、铺放角度、速率等工艺身分会惹起丝束间隙、挽回、褶皱、翻折气泡等铺放缺陷；固化历程中内部温度漫衍会受预造体形式的影响，固化残剩应力又会发生固化变形。对待形式繁杂的电扇叶片，对创设全周期举行评议，预测固化整个变形情景、内部织物振动特色和固化历程温度等身分是晋升其服役功能的枢纽题目。现有创设历程模仿或评议编造中，纺织物预成形与注塑固化历程往往互相独立，未能将其互相影响身分干系起来。为此应从原料组分层面开赴，扶植创设质地独揽参数与组织件的功能和形式之间的干系和反应机造，如图 10 所示。这套思虑多种身分的全周期创设历程评议编造应勾结实质的创设历程数据、模仿数据、组织件反应数据及体味数据，可以给出所需的工艺温度、压力、注塑流速、剂量等身分，从而能对创设历程缺陷举行迅速评估，充足阐明复合原料可计划性方面的上风，造服异形、大构件复合原料件造备的难点。

　　采用分别品种纤维造备殽杂纤维巩固复合原料是改观复合原料抗袭击功能的有用处径之一［70］，但选材和殽杂方法往往需正在操纵原料根本功能和构件袭击变形失效机理的根基进步行计划。比方浓郁族聚酰胺（Kevlar）纤维和高韧性低密度的超高分子量聚乙烯（UHMWPE）纤维组成的层间殽杂复合原料有着更高的袭击吸能值及更低的背凸变形量［71］。分别殽杂比的单向经编层内碳/玻殽杂织物正在高速袭击载荷下拥有更好的吸能功效，低速袭击下拥有更高的极限载荷且毁伤水平更低［72］。碳-芳纶殽杂二维编织层板组织正在低速袭击载荷下呈现出的韧性大于单碳纤维巩固层板［73］。其它合理的殽杂计划还可能正在保障力学功能的同时低重本钱，比方 Kevlar、碳纤和玻纤构成的复合原料比拟纯 Kevlar 可俭省21% 的原料本钱，且比拟简单巩固纤维复合原料可承担更高的袭击能量［74］。由此可见通过力学计划机谋采用分其它纤维原料举行混纺或混铺，可完毕对原料整个强韧性和抗袭击功能的调控，云云可正在现有成熟原料编造和体味下发展筹议，有用低重新原料组织的研发本钱。怎样合理计划殽杂原料组分及比例，同时统筹经济性与优异抗袭击功能，是来日殽杂复合原料繁荣的苛重导向。相同未转折原料编造的铺层计划技巧尚有仿生铺层复合原料、薄层复合原料计划技巧［75］。

　　继表面、实行、阴谋之后，数据已成为人类领悟天下的第 4 种范式［76-78］，前辈复合原料行使于航空动员机的历程中，无论是成型模仿、多标准阴谋，仍然抗袭击计划，都干连多量而又繁杂的试验和阴谋历程，如复合原料组织的多标准仿真方面，假使已繁荣超群种匀称化模子、本构和失效法规，实质上仍然正在现有阴谋力学框架内竣事的，还是需求较高的人为和韶华本钱。采用数据驱动的本事旨正在通过数据科学的机谋避开繁杂的本构修模、繁琐的试验历程和体味的不确定性，进而可大幅度缩短航空动员机复合原料组织的研发周期。目前的数据驱动本事一方面可用于对原料力学功能的预测，纵然用机械练习技巧庖代守旧机理探究或体味模子设定等方法，发掘数据中所蕴藏的变量映照合联，从而预测原料的力学功能；另一方面，采用数据驱动本事可不受经典阴谋力学框架的局限，略过守旧的修模设施，直接由多量实行数据和限造要求构修原料本构模子［79］，且通过算法的更始可连续普及模子的鲁棒性［80］、扩展模子行使局限［81］。近年来数据驱动阴谋力学本事的迅速繁荣使其正在筹议复合原料力学功能方面呈现超群种大概，可按照铺层层数和铺层角度预测复合原料层合板的 A、B、D 矩阵特色值［82］、堆叠规律对弹道极限的影响［83］，扶植 复 合 材 料 正在 疲 劳 载 荷 作 用 下 的 刚 度 退 化 模子［84］。数据驱动本事的繁荣为力学的行使供应了无尽大概，但目前的行使过于依赖数据的无误性。正在来日的繁荣中，应引入更多的力学道理或表面动作维持，繁荣拥有物理道理的数据驱动模子用于办理实质工程题目。

　　从行使、造备、力学动作及服役等角度总结和瞻望了长纤维巩固树脂基复合原料正在航空动员机行使中的个别枢纽技巧题目。

　　1）原料计划与造备方面，对待繁杂曲面预造体计划，需操纵精准分区差别化铺层计划技巧、自愿铺放高效途途策划和仿真技巧、三维纺织双向匀称增减纱技偶合连的变厚度计划备技巧及大反转体一体化翻边成形合连技巧，同时也要扶植异形组织高精度造备合连的大尺寸预造体成形技巧和高增韧短时效迅速 RTM 技巧，并发展造备历程仿真优化，删除造备缺陷的发生；对待叶片包边胶接工艺计划，需思虑粘合工艺 、粘 合 强 度 与 温 度 形 成 包 边 胶 结 工 艺 设 计本事。

　　2）力学动作方面，对待复合原料组织多标准修模与精密化仿真，需求繁荣细观单胞参数化修模本事、繁杂构型组织精密化修模技巧及兼具阴谋服从和精度的多标准阴谋本事等仿真技巧，并扶植可表征搀杂应力形态下胶接界面力学动作的本构模子；对待繁杂应力形态下复合原料本构和强度表面，需繁荣复合原料应变率合连本构模子、复合原料多轴动态试验表征技巧、多向应力下的毁伤开始和失效判据等。对待复合原料组织的委靡强度和寿命预测，应酿成上下周复合委靡试验加载技巧、高精度委靡寿命预测模子，清楚创设缺陷对委靡寿命的影响机造、持久服役老化下复合原料及合连界面的功能退化机造等。

　　3）正在服役处境方面，需繁荣合用于复合原料机匣的体味公式计划法规、机匣见原仿真领悟法规、复合原料机匣整机见原仿真及机匣相应测试本事等。思虑行使历程中不成避免的鸟撞、机匣见原等袭击题目，须从原料动态力学功能表征入手，通过试验勾结数值仿真的本事，正在充足操纵复合原料率合连及尺寸合连力学动作的根基上，扶植原料的动态本构模子及相顺应的动态强度表面，勾结无误的原料力学功能动作输入，预测组织的抗袭击功能。

　　4）跟着新技巧新本事的闪现，还应扶植全周期成型造备历程质地评议编造，对预浸料、预成形、注塑和固化等工艺历程举行归纳评议以普及组织件成型质地；为正在现有原料编造下改观复合原料组织的抗袭击功能，还应发展殽杂纤维巩固复合原料抗袭击计划技巧；为普及复合原料组织研发服从，基于数据驱动的复合原料组织计划与技巧本事也是值得探究的题目。