航空材料力学性能检测_航空航天

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编审委员会名单

主　任　李　伟副主任　李　莉　陶春虎成　员　（以姓氏笔画为序）　　　　于　浩　王宇魁　王　斌　尹泰伟　叶　勇　　　　史亦韦　吕　健　刘昌奎　刘晓燕　刘　

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序言

3000多年前的《汉谟拉比法典》，就提出了对制造有缺陷产品的工匠给予严厉的处罚，当然，在今天的以人为本的文明世界看来是不能予以实施的。即使在当时，《汉谟拉比法典

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前言

力学性能是指材料在外加载荷作用下或载荷与环境温度的联合作用下所表现的行为。材料承受载荷的力学状态一般采用各种力学参量（如应力、应变、冲击吸收能量、应力强度因子等

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第1篇基础知识

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第1章航空材料基础知识

航空材料基础知识主要描述材料性能及与其成分、结构、工艺的关系，航空主要结构材料的分类与应用，航空结构设计的发展及对材料性能的要求、复合材料概述、力学性能试验取样

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1.1 材料性能

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1.1.1 材料性能的分类

材料性能是表征材料在给定外界条件（如电、磁、光、声、热、力、环境等）下的行为参量。它包括物理性能、化学性能、力学性能、工艺性能和功能性能等。按材料性能的属性，可

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1.1.2 材料性能与其成分、组织、工艺及结构设计的关系

材料的各种基本性能和使用性能既是表征和评价材料理化、力学行为的主要指标，又是工程结构设计与包括强度计算、寿命预测等结构完整性评估的前提条件。对于一个产品而言，设

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1.2 飞机设计思想的发展及对材料性能的要求

航空装备（包括飞机和航空发动机）在高温、高速、腐蚀环境和复杂交变载荷下的工作条件十分恶劣复杂。军用飞机要求隐身、机动性强，具有近距离格斗和全天候作战能力；民用飞

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1.3 航空主要金属结构材料的分类及应用

航空金属结构材料通常分为两大类：钢铁材料和非钢铁材料。钢铁材料按其用途可分为结构钢、不锈钢、高温合金等。非钢铁材料按其合金类型可分为钛合金、铝合金、镁合金、铜合

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1.3.1 结构钢和不锈钢

1.结构钢的分类及应用结构钢是航空器中的重要结构材料。按其特性和用途大致分为优质碳素钢、渗碳钢和渗氮钢、调质高强度钢、超高强度钢、弹簧钢、防弹钢、轴承钢、铸钢

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1.3.2 高温合金

高温合金又称热强合金、耐热合金或超合金。它是20世纪40年代发展起来的一种新型航空金属材料，可在600～1100℃的氧化和燃气腐蚀条件下，承受复杂应力并长期可靠

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1.3.3 铝合金

铝合金按其制造工艺可分为变形铝合金和铸造铝合金两大类。变形铝合金按其特性可分为六类：硬铝合金、超硬铝合金、锻铝合金、防锈铝合金、高纯高韧铝合金和铝锂合金。铸造铝

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1.3.4 钛合金

1.钛合金的分类及应用钛合金按其基体结构可分为三大类：α和近α型钛合金、α-β型钛合金、β和近β型钛合金。按照性能特点，钛合金可分为结构钛合金、热强钛合金、耐

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1.4 复合材料概述

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1.4.1 复合材料的定义

复合材料是由有机高分子、无机非金属（如陶瓷等）或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料，它既能保留原组分材料的主要特色，又通过复合效应获得原组分所不具

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1.4.2 复合材料的组成

复合材料基本上是由基体材料与增强材料两部分组成的。根据基体材料的不同，复合材料通常又可以分为金属基复合材料、非金属基复合材料和聚合物基复合材料。基体材料是复合材

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1.4.3 复合材料的主要特点

复合材料具有优异的性能，这是由其组分材料的特性、组合材料间结合状态以及基体材料与增强材料间的结构方式等决定的。例如，金属基复合材料的尺寸稳定性高，在不同热环境下

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1.4.4 复合材料的分类

复合材料的分类目前还没有比较一致的认识，一般可以按照基体材料、增强材料、纤维状态、结构状态或应用状态等情况进行分类。复合材料的分类见表1-7。表1-7 复合材

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1.4.5 复合材料的应用

先进复合材料在航空航天领域的应用日益广泛，继铝、钢、钛之后已迅速发展成四大航空结构材料之一，并逐步发展成最重要的结构材料。例如，新一代大型民用飞机（如B787、

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1.4.6 复合材料的基本力学性能

单向板作为复合材料层合板的基本结构，其力学性能是复合材料层压板设计的基础。单向层合板一般包括以下力学性能：0°方向抗拉强度、90°方向抗拉强度、0°方向压缩强度

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1.5 力学性能试验取样与制备

力学性能试验是对材料的各种力学性能指标进行测定、试验研究及评价、表征的一门试验学科，其进行测定和试验研究的对象被称为试样。所谓试样，就是经机加工或未经机加工后具

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1.5.1 取样类型及取样原则

1.取样类型力学性能试样的取样可分为以下三种类型：（1）从原材料上直接取样即从原材料上直接切取样坯，然后加工成标准规定的试样。如型材、棒材、板材、管材和线

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1.5.2 试样轴线的标识方法

由于取样部位、方向对试验结果有影响，因此必须对取样的部位和方向做统一的标识规定，这样不同的人或不同的实验室对同一产品所做的力学性能试验结果才可以相互比较。 GB

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1.5.3 试样的制备

1.对试样机加工的要求机加工是力学性能测试的重要组成部分，试样机加工的工艺和质量对力学性能的测试结果有影响，为保证力学性能试验结果的准确性和可比性，对机加工提

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1.5.4 试样包装与防护

试样从制备完成到待检验之前的包装和防护十分必要，如果试样表面受到划伤和腐蚀，就有可能因试样受到的损伤而影响材料的力学性能试验结果。如试样表面有划伤就有可能影响裂

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1.6 力学性能试验方案设计

力学性能试验方案设计是对材料及力学性能基础理论知识与试验方法、测试技术及测试经验的综合集成和具体应用；另外，设计一个好的试验方案将是项目研究和试验成功的关键。本

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1.6.1 试验方案策划

根据项目合同内容和客户要求，试验方案策划一般应包括以下内容： 1.试验目的与意义明确说明本项目力学性能试验的任务来源、相关背景材料与试验目的，以及所要达到的预

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1.6.2 试验方法与步骤

1.材料对于全面性能鉴定试验、仲裁试验、创新性试验或大中型综合性试验，为保证数据的有效性和稳定性，要求材料必须是已定型、性能稳定的成熟材料，并满足相应材料的技

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《航空材料力学性能检测》简介