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　　纤维加强树脂基复合资料对待改正航空启发机推重比、燃油经济性及节能环保拥有紧张道理。本文先容了树脂基复合资料正在民用航空启发机上的操纵情景，总结了航空启发机复合资料电扇机匣和电扇叶单方临的挑拨与环节技能题目，搜罗繁杂曲面预造体安排技能、复合资料异形布局高精度造备技能、复合资料布局多标准筑模与细密化仿真以及复合资料机匣的原宥性安排法规等。联合目前考虑热门瞻望了可操纵于航空启发机复合资料布局研造的新思绪和新技能。

　　为满意游客机正在推重比、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，民用航空启发机涵道比无间增大。通过增大电扇直径推广启发机进口的面积是增大涵道比的首要体例之一，如 GE90 启发机的电扇直径达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利益，如提升了启发机的氛围流量，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，进而低落噪声，以满意绿色环保和适意性的请求。但启发机电扇尺寸的推广不单推广了电扇叶片自己质地，同时也导致电扇轮盘、电扇机匣、装配布局、传力编造等布局质地推广，最终导致启发机质地大幅推广，是以对电扇减重提出了需求。

　　新资料的运用可低落启发机重量，提升启发机耐久性、牢靠性，改正启发机功能［1］。纤维加强树脂基复合资料（简称复合资料）拥有高比强度、高比刚度、可整个成型和可安排等利益，是目前被普通采用的轻量化资料之一。通过纤维资料组合实行轻量化布局安排，正在布局减重的同时又可低落布局件的安装本钱。航空启发机请求厉肃担任重量，复合资料的这些特征对待航空启发机的减重、提升饱动服从、低落噪声和排放、低落本钱等都拥有紧张道理［2］。与进步飞机布局发闪景象相同，复合资料的运用比例和用量已成为航空启发机进步水准的紧张标记。

　　复合资料正在航空启发机操纵流程中同样需求处分多种环节技能题目：复合资料的功能安排、筑筑流程中缺陷的检测与影响评估、复合资料的膺惩毁伤领会、复合资料对境况和湿度敏锐考虑、复合资料邻接题目以及分层题目等。新资料和新工艺的运用一定会给布局安排和临盆带来挑拨，正在航空启发机操纵的万分载荷下，这些复合资料的固有题目更值得留神。为此本文从复合资料操纵成长和资料类型方面简述了复合资料正在航空启发机中的操纵近况，并中心对复合资料操纵于航空启发机筑筑、安排、试验及适航取证中的环节技能题目考虑近况举行总结，如图 1 所 示 ，以 支 持 复 合 材 料 正在 航 空 发 动 机 中 的操纵。

　　其它，思考到本文首要从复合资料操纵于整个工程部件的角度举行阐明，正在纤维加强体和树脂组分资料造备和力学功能方面的环节技能未举行先容。

　　树脂基复合资料正在常温下拥有不变且优异的力学功能，可正在启发机进气端的布局中运用，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）等表洋首要启发机厂商已正在民用大涵道比启发机的电扇叶片和电扇机匣布局中大领域运用碳纤维树脂基复合资料，操纵情景如图 2 所示。

　　20 世纪 90 年代，通用公司的 GE90 启发机率先运用了铺层复合资料叶片；同期 GE90、罗罗公司的 Trent 系列和普惠公司的 PW4000 等启发机运用了金属复合资料叠层的复合型电扇机匣。今后跟着复合资料安排和造备工艺的进一步成长，二维和三维编织复合资料也逐步受到启发机厂商的青睐。通用公司的 GEnX 启发机正在国际上初次运用了基于二维三轴编织复合资料的全复合资料电扇机匣，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，比拟同尺寸的金属资料机匣减重 160 kg，且拥有更优异的抗表物膺惩功能和抗腐化功能，明显晋升了启发机的运用寿命。

　　其它罗罗公司正在 1995年参加运用的 Trent 700系列也选用了高强度纤维环绕加强的软壁电扇机匣布局，并以此为根源成长出了 Trent启发机的家族序列。普惠公司的最新型号启发机 PW1000G的机匣和电扇叶片也多量运用了复合资料。

　　航空启发机布局中常用的复合资料加强类织物可能分为平面型（2D）和立体型（2. 5D、3D），此中古板单向带类织物、自愿铺丝织物属于平面型加强体，而机织物、针织物和编织物属于平面型或立体型加强体［3］。目前复合资料电扇机匣和叶片常用的加强体有单向带类织物、二维三轴编织物、三维机织物和三维编织物，其织物布局如图 3 所示。这些加强体正在表洋首要型号中都有操纵，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）联合激光定位技能用于其 Trent 1000 和 Trent XWB 复合资料风 扇 叶 片 的 研 造 之 中［5］；CFM 公 司 的 LEAP-X启发机电扇叶片和电扇机匣均采用三维机织复合资料；通用公司的 GE9X 启发机的电扇机匣资料也采用了三维机织复合资料。

　　航空启发机用复合资料基体按加工功能分歧可分为热固性和热塑性两类，热固性首要有环氧树脂编造、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，其各方面功能必需满意现实操纵需求，如拉伸、压缩、弯曲、韧性及抗膺惩等力学功能；溶剂的融化性、滚动性和黏度的改变情景等工艺功能；玻璃化转换温度、耐热氧化不变性、热剖析温度等热物理功能。通用公司的 GE90 复合资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，这些增韧树脂的运用可改正复合资料的断裂和疲惫功能，对提升布局的残余强度有益。

　　要深切看法复合资料及其布局工程操纵中的环节题目，需对筑筑工艺、布局安排、力学领会、试验技能和产物运用条款等多方面举行看法，联合复合资料正在航空启发机工程操纵中此类相干环节技能举行阐述。

　　复合资料叶片是一种大挽回、高厚度、变截面、繁杂异构曲面布局，其厚度纵横双向平均改变，叶片前缘厚度幼，后缘薄，叶顶到叶根厚度、扭竞赛步增大，并正在叶身和榫头间厚度突变以保障气流滚动平均做功［6］。复合资料机匣同样存正在变厚度布局，日常为上下剖分的筒形层合布局，正在剖分边沿处、前后段机匣邻接处及机匣开孔处均有局限铺层加厚区（变厚度区），其它复合资料电扇机匣安排有周向翻边［7］。这种平均变厚度、大尺寸展转体翻边对预造体安排和织物工艺拥有极高的请求。

　　正在预造体变厚度安排和成形方面，正确分区分别化铺层安排技能、自愿铺放高效旅途筹划和仿真技能、三维纺织双向平均增减纱技能组成了复合资料预造体变厚度安排的环节技能。正确分区分别化铺层安排较为繁杂，应试虑布局样子、离心力、气动力和表物膺惩等要素影响，通过重复的试验和仿真确定最终分区、铺层和增减纱布局，以实行截面的衔接变厚度。这个流程中需着重掌握预浸料的平面-曲面变换裁切优化、预浸料铺贴的正确定位及预浸料的层间加强。表洋普及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正确定位［8］。文件［9］报道了航空启发机电扇叶片铺层分区安排的流程，其铺层安排思考了几何样子和受载的影响。

　　正在告竣分区安排后，可依据织物体例采用如人为铺放、自愿铺放和纺织物增减纱技能等分歧的措施实行预造体成形。二维织物可采用人为铺放成形，也可通过自愿铺放轨迹安排实行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）启发机”电扇叶片［5，10］，超扇电扇叶片的复合资料由 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筑筑服从，但自愿铺丝正在铺放流程中会出现丝带挽回、皱褶及间隙等缺陷，可思考压头转弯半径、压实情景和铺丝角度差错等要素安排加工轨迹、模仿铺放流程，以酿成高效旅途筹划和仿真技能。南京玻璃纤维考虑院、东华大学［11］、天津工业大学［6，12］的考虑职员先容了三维机织叶片增减纱变厚度异形叶片的纺织流程，指涌现有纺织工艺可实行叶片预造体的厚度安排，但正在叶根过渡处的安排和筑筑技能尚有待冲破。

　　复合资料机匣的大展转体翻边布局特质如图 4［9，13］所示，若采用二维单向带类资料，可依据安排载荷举行铺层安排和插层补强，文件［13］研究了拥有整个翻边特质的复材机匣拼接铺层安排措施，并确定了拼接层数、拼接层职位及拼接截面；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能，以实行平均变厚度变截面流程。通用电气的 LEAP-X 启发机采用三维预成形技能，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］。

　　复合资料叶片和机匣多采用高韧性液体成型树脂举行整个成型。树脂正在一个包括曲面的大尺寸变厚截面预造体内部长间隔滚动流程中极易因为树脂温度不均衡、滚动漫衍不屈均导致成型凋谢［15］，进而涌现轮廓气孔、干斑和富树脂等缺陷。树脂传达模塑成型（RTM）是复合资料叶片和机匣造造流程中普通采用的液体成型工艺，该工艺是正在拥有必然样子的刚性模具型腔内使树脂与纤维充实浸润，并按树脂工艺标准举行升温固化，进而获得复合资料零件，RTM 工艺同样存正在多种液体成型缺陷和充模时代等题目。是以需兴办大尺寸预造体成型技能和高增韧短时效敏捷 RTM 成型技能。

　　正在大尺寸预造体成型技能方面，Brouwer［16］、Hindersmann［17］和 Hamidi［18］等 研 究 了 大 型 结 构的真空注塑成型技能及其对加工缺陷的影响。真空辅帮成型可凭借大气压力注入树脂，更容易穿透浸润纤维，改正浸润后果，进而裁汰气泡、玄虚等筑筑缺陷的出现。中航复合资料有限公司的考虑职员［19］研究了拥有曲率半径的复合资料正在热压罐成型中的筑筑缺陷题目，指出曲率半径越幼越容易涌现缺陷，易涌现分层、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］的考虑表白 RTM 成型流程中纤维浸润不充实、磨具流道安排及排气口筑设分歧理等要素会惹起树脂正在膜腔内阻滞时代短，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）采用高压注塑告竣基体浸润和敏捷固化，拥有短时效的利益。Zhao 等［23］考虑了高压 RTM 效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）组成了首要的筑筑缺陷；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凭借热压罐成型工艺已难以保障零件的成型精度；联合闭模成型工艺可较好地处分成型精度缺乏的题目，已成为复合资料电扇叶片的主流成型技能。

　　综上，大型繁杂曲面复合资料布局的成型需优化成型温度、模压压力和固化弧线，并归纳思考真空度、打针压力、打针流量等要素的影响。为低落研发本钱，可通过预造体固化仿真领会对固化工艺举行优化；其它工艺仿真还可归纳思考预成形导致的纤维侵犯、面表震动，注塑导致的干斑、孔隙，固化导致的微裂纹、纤维侵犯和孔隙扩散等要素，进一步改正繁杂布局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、沙石等表物的膺惩，其它复合资料边沿正在筑筑流程中也易涌现孔隙、分层等物理缺陷。这些繁杂表载及资料自己工艺题目正在叶片高速挽回出现的强大离心力及高速气流出现的气动力的效用下，会对资料自身的功能变成强大影响。为包庇复合资料叶片，平日对复合资料叶片本体前缘举行金属包边，通过胶接联合热压的体例举行邻接。然而叶片行为一种大挽回换截面的繁杂布局，前缘更是产生挽回曲面变形最大的区域，相应的金属包边是一种深 V 槽型挽回布局件［24］，易涌现粘合质地不均、粘合强度和牢靠性缺乏的题目。这种布局正在挽回重复受力、络续周期性气流和振动载荷的效用下，存正在的脱粘危险能够导致包边零落并进入启发机，变成紧张后果［25］。是以叶片前缘与金属包边的粘合工艺安排、粘合强度与不变性成为影响叶片运用寿命的紧张要素［26］。包边胶接工艺安排措施、表物膺惩载荷下胶接界面失效行径预测是复合资料叶片包边安排的环节技能。

　　正在金属包边胶接工艺安排方面，文件［27］考虑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，热压流程中需依据粘接剂性格合理担任压力和温度；武汉理工大学的考虑职员［26］公然了一种通过超声波减振打针粘接剂，操纵振动压力耦合效用鼓舞粘接剂滚动，进而提升成型质地的措施；文件［24］考虑了金属包边与复合资料胶接成型流程中包边与叶片本体定位担任构成预组合体及升温固化成型的措施，可担任单侧胶层厚度为 0. 2~0. 4 mm；西北工业大学的考虑职员［28-29］考虑了复合资料的仿生毛化邻接措施，有帮于晋升金属包边与复合资料叶片前缘的胶接强度和不变性。包边胶接界面会受拉、压、剪羼杂载荷效用及膺惩和疲惫载荷效用，为考虑界面载荷传达与损坏机理，需正确领会羼杂形式下胶接界面变形、毁伤的肇端与扩展流程，兴办相符合的界面力学数值模子显得尤为紧张。是以应针对胶接界面拉-压-剪羼杂载荷、驻点压力应力损坏、裂纹扩展后闭合等繁杂题目，鼎新现有内聚力单位法，兴办可表征羼杂应力状况下胶接界面力学行径的有限元数值模子。

　　正在金属包边胶接承载仿真方面，Miller 等［30］操纵压力磨具造备了包括金属包边的平板叶片模仿件，发展了膺惩打靶测试，结果显示叶片包边产生了昭彰的脱粘景象（如图 6（a）所示）；刘洋等［31］也观测到相同的脱粘景象，这申明仿真领会表物膺惩包边叶片时不成无视包边胶层失效的题目。文件［32］仿真比较了有无金属包边复合资料叶片毁伤情景，但领会中未思考界面胶层的影响；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），胶层本构采用的是羼杂双线性模子，结果表白正在鸟直接撞击载荷下包边胶层产生大面积失效，但叶片整个未产生布局性失效。现有考虑尽量发展了表物膺惩包边叶片的领会，但领会中未思考界面的应变率效应题目，已有考虑［34］表白正在高速膺惩载荷下复合资料界面存正在昭彰的应变率题目，这也是考虑膺惩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资料正在厚度宗旨都有必然的纱线互相效用，可晋升资料的层间功能、可安排性和铺放服从，并有用低落临盆本钱与筑筑周期，正在造备大型复合资料布局中运用普通。这两类纺织物复合资料拥有异常的交叉和绕结特质，成型后的纺织物布局局限和整个城市产生改变，由此带来的纤维束的弯折、错位城市影响复合资料的功能。三维纺织物的交叉布局使其成型后的评议更为繁杂，宏观上已不行容易等同于古板单向带复合资料举行领会，平日先依据复合资料多标准性格兴办其包括织物织造特质的细观布局几何模子，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分隔，分裂授予分歧的资料属性和本构合联，细观单胞模子可对三维织物复合资料举行领会，但模子的揣衡量较大。是以需成长细观单胞参数化筑模措施、繁杂构型布局细密化筑模技能、兼具 计 算 效 率 和 精 度 的 多 尺 度 计 算 方 法 等 仿 真技能。

　　平日编织复合资料的几何模子是依据理思化的编织布局兴办的，之后再对几何模子举行离散化，兴办相应的有限元模子，因为纤维交叉的布局体例繁杂，需成长细观单胞参数化筑模措施（如图 7［35］所示），西北工业大学的考虑职员采用揣测机图像测定措施揣测了 2. 5D 机织复合资料纤维束正在现实复合资料布局中的纤维束轮廓，联合 Texgen 软件实行了参数化筑模［35］，并进一步发展了仿真揣测，其它还可采用 CT 扫描的措施取得织物的几何布局音讯［36］，基于此类图像处分和 CT 扫描技能实行了繁杂构型布局参数化、细密化筑模。正在告竣筑模后的细观有限元模子及其界限条款的兴办方面，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］的考虑职员也发展了相干纺织复合资料的细观有限元模仿方面的考虑。

　　固然细观有限元模子正在领会纺织布局毁伤失效行径方面拥有昭彰上风，但也存正在揣测服从低的毛病，正在模仿尺寸较大的复合资料布局膺惩毁伤行径时，现有揣测条款很难满意算力需求，因 此 有 学 者 正在 多 尺 度 计 算 方 法 方 面 开 展 了 考虑［42］。针对平纹机织复合资料及二维三轴编织复 合 材 料 筑 立 了 宏 观 亚 单 胞 模 型（SubcellModel），将拥有繁杂纺织布局的胞元等效为拥有分歧资料宗旨的单层板串并联正交各向异性体，使模子既能反应资料布局的不衔接性，又拥有宏观模子的高效性。

　　航空启发机布局管事正在大离心力、气动力和多种膺惩载荷下，处于繁杂应力状况，能够涌现纤维断裂、基体毁伤、分层等多种体例的损坏形式。繁杂应力状况下，要测绝伦种情景下复合资料相应极限应力，正在工程上较为贫窭，正在试验道理和试验装备方面的考虑尚出缺乏；同时正在高速膺惩载荷下，资料的本构并不行高效且切确地描摹资料正在分歧载荷条款下的渐进失效行径及其非线性力学反映，加之资料的绝热温升也导致启发机复合资料的受载是一个范例的热力耦合、形变-相变互相耦合的动力学流程。是以奈何兴办繁杂应力状况下复合资料的本构和强度表面也是值得考虑的题目，需成长复合资料动态本构模子、复合资料的多轴动态试验表征技能、多向应力下的毁伤肇端和失效判据等。

　　正在复合资料动态本构模子方面，现有文件首要从宏观力学措施和细观唯象措施两个角度对复合资料的动态本构发展考虑。细观力学措施是将纤维和基体行为资料的根基单位，将复合资料的宏观功能与组分资料的细观组分接洽起来，直接通过组分资料的应力与应变场实行资料整个宏观应力应变场的揣测，如对微观力学模子举行应变率鼎新酿成复合资料的动态本构模子［43］。其它复合资料层间界面也呈现出了对加载速度的敏锐性［44-46］，思考到电扇叶片和机匣运用的三维复合资料存正在层间裂纹扩展不不变、测试表征不完好等方面的题目，此类资料应变率敏锐性相干题目也需进一步考虑。考虑资料的应变率效应最直接的举措是发展资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）发展纤维加强复合资料单轴动态测试方面的考虑［47-49］。

　　正在复合资料的多轴动态试验表征技能方面，文件［50］采用单轴霍普金森压杆实行了压剪复合加载，这种加载只是通过试样安排或引入更多的界限条款实行试样的多轴应力状况，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切确担任。目前采用高压气体驱动的体例难以实行同步时代精度正在微秒量级的多向乃至多轴动态加载［51］，西北工业大学［51］开辟的电磁霍普金森杆加载编造因出现的应力直接施加正在试件上，从而杀绝应力时差，可实行真正道理上的动态多向同步加载，对晋升复合资料的动态测试技能拥有现实道理。

　　多向应力下的毁伤肇端和失效判据方面，复合资料的损坏领会与强度表面考虑惹起了相干范畴的普通体贴，出现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状况时产生失效的最大应力/应变法规，思考各个宗旨应力耦合的 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肇端和失效判据方面，Li 等［52］考虑了Tsai-Wu 法规中面内正应力和横向正应力交叉项系数确切定措施，这种措施使确定交叉项系数的流程有必然数学和逻辑根源。这种唯象的、二次多项式体例的失效判据很难表征繁杂应力状况下裂纹的扩展与失稳，但正在工程中思考繁杂应力状况也有必然的鉴戒道理。后续又成长出了正在法规中引入断裂面的 Puck 法规、思考资料非线 法规等，对这些法规正在繁杂应力状况下的实用性可参考文件［53-54］。思考复合资料各向异性和航空启发机叶片受载的繁杂性，现有失效模子正在高应变率、多向应力状况下的实用性尚有待进一步考虑。

　　航空启发机压气机部件除受到离心力和气流效用表，还受侧风、进气畸变、地面吸涡等要素的影响，疲惫载荷工况极为繁杂，是以，高周疲惫失效（High⁃Cycle Fatigue，HCF）是压气机叶片的首要失效形式[55]，也是叶片安排的环节题目之一。正在疲惫载荷效用下 ，复合资料基体裂纹平日先正在自正在边或资料脆弱处萌生，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，最终影响布局太平。考虑复合资料机匣叶片范例布局疲惫功能，既涉及复合资料力学、毁伤力学、断裂力学等表面，也需求多量的积木式静力和疲惫试验数据救援，还需求通过有限元仿真领会举行切确预测。

　　针 对 复 合 材 料 疲 劳 和 寿 命 问 题 ，要 合 注 凹凸周复合疲惫试验加载技能、筑筑缺陷对疲惫寿命的影响机造、高精度疲惫寿命预测模子、长远服役老化下复合资料的功能退化机造与预测模子等。江南大学的考虑职员［56］考虑了增减纱对三维编织复合资料疲惫寿命的影响，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 条款下的疲惫行径，涌现非室温情景下资料疲惫寿命推广、残余强度突变的景象，残余强度和疲惫 寿 命 还 应 考 虑 温 度 的 影 响 ；Rafiee 等［58］研 究了圆环状复合资料件低周疲惫加载措施，并采用衔接毁伤模子预测了 3 种载荷下圆环失效的疲惫寿命；翁晶萌［59］修建了拉-扭组合载荷效用下复合资料的多轴力学行径及疲惫寿命预测模子，并通过一系列准静态单轴、多轴凹凸周疲惫试验验证了模子的可行性。上海交通大学的考虑职员［55］发展了复合资料叶片高中疲惫脆弱点预测方面的考虑，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 环节应力。

　　试验方面，复合资料单向板、层合板的根基力学功能也有可参考的测试措施，但考虑疲惫裂纹的演化机理还需求更进步的试验用具和高精度检测技能，稀少是针对叶片这种大型布局件，也有须要成长工程境况下的正在线检测技能；表面方面，合于复合资料力学领会措施已有多量考虑管事，兴办的毁伤肇端和演化的预测模子多与凹凸周疲惫相合，还应进一步研究实用于超高周疲惫毁伤预测的复合资料寿命预测模子；对待厚度渐变、铺层数目多、表界饱励载荷谱随机非稳态、几何样子繁杂的复合资料叶片，尚无法兴办如各向同性资料的疲惫失效预测表面，国内目前对其应力寿命数据的蕴蓄积聚较少，匮乏多重应力-寿命（S-N）弧线，导致有限元领会软件疲惫模块不行直接操纵于复合资料电扇叶片疲惫寿命职位预测。应联合试验、工程数据和表面模子酿成考虑框架（如图 8 所示），发展复合资料疲惫布局毁伤机理领会，揭示服役境况下复合资料自己和表部载荷对疲惫寿命的影响顺序。

　　航空涡轮启发机原宥性首若是指启发机机匣拥有足够的强度，以预防断裂或零落的叶片穿透机匣从而危机飞机其他个另表布局太平。民用航空启发机必需满意相干适航规章的请求并通过适航解决部分的适航核定能力参加运用，中国和国际主流适航解决部分合于航空启发机的适航规章和专用条目都对复合资料机匣原宥性有明晰请求。应明晰原宥性相干适航规章条主意本色请求，酿成相干的适航合适性验证思绪、措施和原宥性安排法规。成长实用于复合资料机匣的体味公式安排法规、机匣原宥仿真领会法规、复合资料机匣整机原宥仿真、机匣反映测试措施等。

　　FAA 针对 GE90、GEnx、LEAP 等采用复合资料布局电扇叶片的启发机型号同意了专用条款 ，如 针 对 GE90 的 专 用 条 件 为 SC33-ANE-08［60-61］，这些专用条款基于如许的太平假设：复合资料中的裂纹、分层等筑筑缺陷不会涌现受载扩展的景象，是以复合资料叶片只能够是因为表物膺惩而不行够由于自己缺陷导致叶片段裂从而惹起启发机原宥题目。是以复合资料机匣的原宥要取决于资料的抗膺惩功能，加倍是屈从硬物高速膺惩的才力。如许只需求举行复合资料叶片流道线以上个别（即能够被表物撞击的个别）零落的整机原宥性试验注明合适性。其余复合资料因为自己的特征，其力学功能不单与资料自身相干，还与服役运用境况和加工筑筑缺陷相干，且因为境况要素的影响，其力学功能尚有能够进一步退化。是以正在领会复合资料相干布局原宥性时，需思考服役境况（比如温度、湿度、盐度）、筑筑缺陷及分裂度和功能退化等要素对待资料功能的影响。

　　正在体味公式安排法规方面，实用于金属资料机匣的体味公式措施［1，62-65］正在预测单个叶片的原宥才力时拥有实用性，但不行容易通过体味公式的措施揣测获得复合资料机匣的原宥裕度。平日联合积木式的试验和仿真领会举行复合资料布局原宥裕度领会（如图 9 所示），这涉及机匣原宥仿真领会法规确切定、复合资料根基力学功能测试、子布局部件抗膺惩功能领会与试验、全布局整机部件原宥才力仿真领会与试验、机匣反映测试措施等。针对这些方面中国商飞的考虑职员［66］考虑了编织复合资料表物膺惩载荷复合资料电扇机匣原宥功能晋升的重点；浙江大学［67］、西北工业大学［68］和北京航空资料考虑院［69］的考虑职员针对三维编织、机织和二维三轴复合资料发展了弹道膺惩试验、挽回打靶试验和数值仿真模仿，考虑了复合资料机匣原宥性相干的一系列力常识题。

　　如能正在启发机的安排开辟阶段就将适航请求行为相干安排输入贯彻此中，找寻基于积木式的验证措施正在分歧层级发展管事，兴办符适宜航请乞降措施的复合资料电扇机匣原宥性的评估揣测编造，就可能裁汰危险，勤俭资金，并保障最终产物成功通过适航核定。同时行为核定局方，需求有前瞻性地发展航空启发机适航核定的环节技能考虑，如许能力为即将发展的适航核定效劳做好相干技能贮备。

　　航空启发机的电扇叶片位于进气口的最前端，最易蒙受鸟体、砂石、冰雹等表来物的膺惩。表物膺惩能够变成电扇叶片涌现大变形或断裂，低落叶片布局的强度从而导致牺牲个别或全盘推力，尽管很幼的叶片毁伤也会惹起启发机的不均衡。其它表物膺惩能够变成高速挽回状况下的叶片段裂飞脱并膺惩电扇机匣，同样能够激发飞翔事变。此刻，鸟撞和冰撞等表物撞击要挟已成为今世启发机安排和筑筑中的首要太平题目。

　　为保障飞机的飞翔太平，适航规章对启发机的电扇叶片和机匣的抗膺惩太平功能有厉肃的请求，如：① 请求电扇叶片正在蒙受 2. 5 磅的鸟体膺惩后 20 min 内，启发机必需能连结 75% 的腾飞推力；② 正在产生电扇叶片飞出（FBO）变乱时不行有非原宥碎片飞出启发机，而且启发机正在 15 s 内不行起火。是以正在举行启发机布局安排时必需将此类环节布局的抗膺惩功能行为紧张目标之一。但复合资料布局正在膺惩载荷下的力学行径繁杂，简单地运用表面、仿真或试验措施均难以预测复合资料的膺惩失效行径，从而无法切确评估布局的抗膺惩功能。

　　要实行对复合资料构件抗膺惩功能的预测，须从资料动态力学功能表征入手，通过试验联合数值仿真的措施，正在充实操作复合资料的率相干及尺寸相干力学行径的根源上，兴办资料的动态本构模子及相符合的动态强度表面，联合切确的资料力学功能行为输入，预测布局的抗膺惩功能。但受原资料功能分别、造备工艺及缺陷的影响，直接采用表面模子或数值仿真妙技获得的预测结果往往是不足切确的，需依据构件的真正服役境况安排相应的等效试验验证并校准，能力用于评估复合资料构件的抗膺惩功能。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，且其有用性平日拥有很大的控造性，仅能用于评估一种布局或左近改型布局的抗膺惩功能。由此可见针对复合资料布局抗膺惩功能的预测与评估，思兴办一个高效切确且拥有普适性的模子，仍任重而道远。其它对待复合资料构件抗膺惩功能的评议需求一个有用的、周密的准则，且这个准则的兴办要以安排标的为辅导。当布局的静强度、动强度及膺惩后的毁伤容限功能都行为安排目标时，对布局抗膺惩功能的评议就不行运用“弹道极限速率”或“膺惩吸能服从”等简单的评议准则。

　　总结了将衔接纤维加强树脂基复合资料操纵于航空启发机需战胜的一系列环节技能题目和面对的挑拨。跟着新技能、新措施的涌现，以下 3 个宗旨值得体贴：

　　成型工艺会对复合资料的功能变成明显影响，如自愿铺丝因温度、压力、铺放角度、速率等工艺要素会惹起丝束间隙、挽回、褶皱、翻折气泡等铺放缺陷；固化流程中内部温度漫衍会受预造体样子的影响，固化残剩应力又会出现固化变形。对待样子繁杂的电扇叶片，对筑筑全周期举行评议，预测固化整个变形情景、内部织物震动特质和固化流程温度等要素是晋升其服役功能的环节题目。现有筑筑流程模仿或评议编造中，纺织物预成形与注塑固化流程往往互相独立，未能将其互相影响要素接洽起来。为此应从资料组分层面启程，兴办筑筑质地担任参数与布局件的功能和样子之间的接洽和反应机造，如图 10 所示。这套思考多种要素的全周期筑筑流程评议编造应联合现实的筑筑流程数据、模仿数据、布局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、剂量等要素，从而能对筑筑流程缺陷举行敏捷评估，充实施展复合资料可安排性方面的上风，战胜异形、大构件复合资料件造备的难点。

　　采用分歧品种纤维造备殽杂纤维加强复合资料是改正复合资料抗膺惩功能的有用处径之一［70］，但选材和殽杂体例往往需正在操作资料根基功能和构件膺惩变形失效机理的根源前举行安排。譬喻芬芳族聚酰胺（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资料有着更高的膺惩吸能值及更低的背凸变形量［71］。分歧殽杂比的单向经编层内碳/玻殽杂织物正在高速膺惩载荷下拥有更好的吸能后果，低速膺惩下拥有更高的极限载荷且毁伤水准更低［72］。碳-芳纶殽杂二维编织层板布局正在低速膺惩载荷下呈现出的韧性大于单碳纤维加强层板［73］。其它合理的殽杂安排还可能正在保障力学功能的同时低落本钱，譬喻 Kevlar、碳纤和玻纤构成的复合资料比拟纯 Kevlar 可节约21% 的资料本钱，且比拟简单加强纤维复合资料可担当更高的膺惩能量［74］。由此可见通过力学安排妙技采用分歧的纤维资料举行混纺或混铺，可实行对资料整个强韧性和抗膺惩功能的调控，如许可正在现有成熟资料编造和体味下发展考虑，有用低落新资料布局的研发本钱。奈何合理安排殽杂资料组分及比例，同时两全经济性与优异抗膺惩功能，是改日殽杂复合资料成长的紧张导向。相同未调换资料编造的铺层安排技能尚有仿生铺层复合资料、薄层复合资料安排技能［75］。

　　继表面、测验、揣测之后，数据已成为人类看法天下的第 4 种范式［76-78］，进步复合资料操纵于航空启发机的流程中，无论是成型模仿、多标准揣测，依旧抗膺惩安排，都株连多量而又繁杂的试验和揣测流程，如复合资料布局的多标准仿真方面，尽量已成长绝伦种平均化模子、本构和失效法规，性质上依旧正在现有揣测力学框架内告竣的，还是需求较高的人为和时代本钱。采用数据驱动的措施旨正在通过数据科学的妙技避开繁杂的本修建模、繁琐的试验流程和体味的不确定性，进而可大幅度缩短航空启发机复合资料布局的研发周期。目前的数据驱动措施一方面可用于对资料力学功能的预测，即操纵机械研习技能庖代古板机理探究或体味模子设定等体例，开采数据中所蕴藏的变量映照合联，从而预测资料的力学功能；另一方面，采用数据驱动措施可不受经典揣测力学框架的限定，略过古板的筑模办法，直接由多量测验数据和牵造条款修建资料本构模子［79］，且通过算法的鼎新可无间提升模子的鲁棒性［80］、实行模子操纵界限［81］。近年来数据驱动揣测力学措施的敏捷成长使其正在考虑复合资料力学功能方面闪现绝伦种能够，可依据铺层层数和铺层角度预测复合资料层合板的 A、B、D 矩阵特质值［82］、堆叠按序对弹道极限的影响［83］，兴办 复 合 材 料 正在 疲 劳 载 荷 作 用 下 的 刚 度 退 化 模子［84］。数据驱动措施的成长为力学的操纵供应了无穷能够，但目前的操纵过于依赖数据的切确性。正在改日的成长中，应引入更多的力学道理或表面行为支持，成长拥有物理道理的数据驱动模子用于处分现实工程题目。

　　从操纵、造备、力学行径及服役等角度总结和瞻望了长纤维加强树脂基复合资料正在航空启发机操纵中的个别环节技能题目。

　　1）资料安排与造备方面，对待繁杂曲面预造体安排，需操作正确分区分别化铺层安排技能、自愿铺放高效旅途筹划和仿真技能、三维纺织双向平均增减纱技能相干的变厚度安排备技能及大展转体一体化翻边成形相干技能，同时也要兴办异形布局高精度造备相干的大尺寸预造体成形技能和高增韧短时效敏捷 RTM 技能，并发展造备流程仿真优化，裁汰造备缺陷的出现；对待叶片包边胶接工艺安排，需思考粘合工艺 、粘 合 强 度 与 温 度 形 成 包 边 胶 结 工 艺 设 计措施。

　　2）力学行径方面，对待复合资料布局多标准筑模与细密化仿真，需求成长细观单胞参数化筑模措施、繁杂构型布局细密化筑模技能及兼具揣测服从和精度的多标准揣测措施等仿真技能，并兴办可表征羼杂应力状况下胶接界面力学行径的本构模子；对待繁杂应力状况下复合资料本构和强度表面，需成长复合资料应变率相干本构模子、复合资料多轴动态试验表征技能、多向应力下的毁伤肇端和失效判据等。对待复合资料布局的疲惫强度和寿命预测，应酿成凹凸周复合疲惫试验加载技能、高精度疲惫寿命预测模子，明晰筑筑缺陷对疲惫寿命的影响机造、长远服役老化下复合资料及相干界面的功能退化机造等。

　　3）正在服役境况方面，需成长实用于复合资料机匣的体味公式安排法规、机匣原宥仿真领会法规、复合资料机匣整机原宥仿真及机匣反映测试措施等。思考运用流程中不成避免的鸟撞、机匣原宥等膺惩题目，须从资料动态力学功能表征入手，通过试验联合数值仿真的措施，正在充实操作复合资料率相干及尺寸相干力学行径的根源上，兴办资料的动态本构模子及相符合的动态强度表面，联合切确的资料力学功能行为输入，预测布局的抗膺惩功能。

　　4）跟着新技能新措施的涌现，还应兴办全周期成型造备流程质地评议编造，对预浸料、预成形、注塑和固化等工艺流程举行归纳评议以提升布局件成型质地；为正在现有资料编造下改正复合资料布局的抗膺惩功能，还应发展殽杂纤维加强复合资料抗膺惩安排技能；为提升复合资料布局研发服从，基于数据驱动的复合资料布局安排与技能措施也是值得研究的题目。