航空航天结构材料-聚合物基复合材料的使用、设计与分析概论：3.3积木式验证.pdf

3.3积木式验证试验方法 （Building Block Approach，BBA） 李敏 3.3 积木式验证试验方法 引言与原理 基本原理与假设 一般方法 具体应用考虑 2 引言与原理 定义 通过试验和分析相结合，用试验来验证分析的结果，用 分析来指导试验的计划，这种相互促进的分析/试验方法被推 广用于进行不同结构复杂程度的分析及相关试验，这个过程 通常从小试样开始，经过结构元件和细节件、组合件、部件， 最后到完整的全尺寸产品，每个层次都建立在以前各不太复 杂层次所积累知识的基础上，这种按照复杂程度渐增的计划， 同时利用试验和分析进行结构证实的过程，被称为 “积木式” 的方法。 3 引言与原理 降低研制计划的费用与风险 4 积木块的集成 引言与原理 5 理想的一般积木式方法示意图 引言与原理 积木式计划的典型流程 引言与原理  在最低的积木块层广泛使用小试样和元件试验，来表征基本的材料无 缺口静力性能、一般的缺口敏感性、环境因子、材料工作极限以及层 压板的疲劳响应。这一层的分析通常包括建立材料分散系数和材料许 用值、评价试样失效模式以及初步的层压板分析，与此同时确定结构 外载和给出初始尺寸。  在第2层分析中，使用从第1层获得的基本信息来计算内力、识别关键 的区域，并预计关键的失效模式。设计更复杂的元件和组合件试验， 来离析单一的失效模式和验证分析预计的结果。在随后的各层，将分 析并验证更加复杂的静力与疲劳载荷情况，特别关注与评定面外载荷 及识别未预期的失效模式，还将处理尺寸效应和结构作为一个整体时 的响应问题。  积木块的最后一级包括全尺寸的静力与疲劳试验，用来证实所预计的 整个结构内力、变形和失效模式，还要证实没有出现未预计的重大二 次载荷。 基本原理与假设 在用于复合材料以前，积木式方法早就被用于飞机结构 的研制计划。然而，由于对面外载荷的敏感性、失效模式的 多样性、以及对工作环境的敏感性等问题，这个方法对复合 材料结构的取证更为重要。  潜在的多种失效模式，是积木式方法在进行复合材料结构证实中必不 可少的主要原因。  复合材料的层间强度低，使其对面外载荷敏感，通常假定这些无法预 计的载荷是二次载荷。  模拟正确的失效模式在积木式试验计划中有重要作用，应仔细选择能 够模拟所需失效模式的正确试件，每种试件模拟某个单一的失效模式。  理想情况下，如果拥有充足的结构分析手段，同时建立了所有的失效 准则，就能从组分的性能预计出结构的行为。 8 基本原理与假设 目前的分析方法能力有限，分析结果的精度还因材料性 能的变异、缺陷和结构的尺寸效应而更复杂难定，因此需要 用逐级的积木式试验。 揭示在低层次试验中未出现的那些失效模式 作用 验证或修正已经在低层次试验中验证过的那