第1章 总的说明 1.1引言 这个标准化手册的发展与维护，已是美国国防部(DoD)和美国联邦航空局(FAA) 的一项联合计划项目，并有工业界、学术界和其他政府部门的大量介入与信息提供。目标 是朝着以下方面的标准化：(1)用于建立、分析和颁布复合材料力学性能的方法：(2)使设计 部门能够有效使用本手册第二卷和相似数据库所收入性能数据的方法、程序；(3)复合材料 结构设计、分析和试验的一般程序。在很多情况下，标准化要涉及客户和认证机构的需要 和要求，同时提供有效的I工程实践。 已经公认，对于以统计为基础的力学性能数据库、其使用的程序、以及对复合材料表 征与应用的全部指导原则等加以标准化，这对制造厂商和政府机构都是有利的。对于任何 工程材料体系的性能进行全面的表征，取决于材料本身的物理与化学构成，而与具体的应 用无关的。因此，在材料体系表征的层次上，这个手册所包括的数据和指南适用于军用和 民用的产品，并为建立认证或采购部门认可的统计有效的设计值，提供了技术基础。 1.2 目标、范围与第三卷的组成 就国防部的目标而言，这个手册只是指南，不能引用这个手册作为一种要求。如果这 样做了，合同方不是必须遵守的。该指令只是DoD的要求，并不适用于联邦航空局(FAA) 或其他政府部门。 在MIL-HDBK-17第三卷中，提供了纤维增强聚合物基复合材料设计、分析、制造和外 场支持的方法及所积累的认识。本卷还对材料和工艺规范，以及对第二卷所提供的材料数 据的利用方法，提供了指南。所提供的信息与第一卷中的指南相一致，这些信息来自有关 工业界、政府和学术界的复合材料专家、结构工程师与科学家，旨在使本卷成为当前“最 好知识与实践”的泛的汇编。本卷还将不断更新，体现复合材料技术进展的“最新技术 状态”。 第三卷中包括以下各章，各章大致按照传统的“积术式”研制步骤顺序排列： 第2章，材料与工艺，定义主要的材料体系和工艺方法，强调了不同工艺参数对于最终 复合材料产品的影响。 第3章，产品材料的质量控制，评估复合材料生产中关于质量控制的一些重要问题， 其中评估了用于材料性能验证与统计的质量控制，所推荐的制造检查程序和技术。 第4章，积木式方法，概述很多金属与复合材料结构计划，特别是在航空航天工业中， 传统的多级试验与分析研制方法的基本原理。还包含了指南与各种不同应用情况中积木试 验计划的例子，其中包括DOD/NASA的原型与生产型飞机、商用运输飞机、公务及私人飞 机和旋翼机。 第5章，设计与分析，讨论复合材料层压板的基本设计马与分析问题。本章对当前的技 术提供了评估，并介绍了如何将第二卷中所包含的各种组分性能，用于复合材料结构的分 析和设计。本章给出了一个标准的分析，在术语和方法上为MIL-HDBK-17的使用者提供了 1
共同的基础。分析中包括了单层和层压板的刚度与强度预计方法，以及压缩屈曲的计算方法。 第6章，结构连接的设计与分析，介绍了公认的复合材料结构胶接和机械紧固件连接 设计程序，及确定应力与变形的分析方法。 第7章，损伤阻抗，耐久性与损伤容限，对涉及结构在其整个寿命期内实现设计功能 的这三个广泛题目，进行了深入的讨论。本章前面各节包括了飞机的损伤容限要求与一致 性方法、损伤类型及损伤的检查。在随后各节中，在三个主要方面详细说明了影响因素、 设计问题与指南、试验问题以及分析方法。大多数信息是在飞机工业中提出并适用于飞机 工业的但所提供的一般指南和基本数据已经应用于很多其他的工业部门。 第8章，可支持性，以可维护性和可靠性问题为基础，考虑了复合材料结构中涉及修理 的设计和修理本身的设计问题。这为新结构的设计师考虑可支持性可维护性问题提供了指 南，为低成本修理方法的设计提供有关信息，并提供了有关支持与修理复合材料结构的后 勤。 第9章，结构可靠性，讨论了影响复合材料结构可靠性的某些重要因素，包括静强度、 环境影响、疲劳和损伤容限。简要讨论了确定性以及概率设计方法。 第10章，厚截面复合材料，包括进行厚截面层压板分析的详细方法，厚截面结构的分 析技术，三维分析的物理性能要求，实验性能确定技术，以及厚层压板的制造工艺模拟技 术和模型。 第11章，环境管理，对有关复合材料和结构的再生循环和重新使用问题提供了指南。 第12章，经验教训，公布了与本卷前面一些题目相关的大量案例，并为所涉及的公司、 机构和大学所积累的知识提供展示场所。 1.3符号、缩写及单位制 本节定义MIL-HDBK-17中采用的符号和缩写，并说明了所沿用的单位制。只要可能， 都保留了通常的用法。这些资料主要来源于文献1.3(a),1.3(b),1.3(c)。 1.3.1符号及缩写 本节定义本手册中采用（除了统计学的符号以外）的所有符号和缩写：关于统计学的 符号在第一卷第8章进行定义。单层/层压板的坐标轴适用于所有的性能；力学性能的的符 号则汇总在图1.3.1中。 ●当用作为上标或下标时，符号和m分别表示纤维和基体。 ●表示应力类型的符号（如cy-一压缩屈服）总在上标位置。 ● 方向标示符（如x,y,z,1,2,3等）总是用于下标位置。 ● 铺层序号的顺序标示符（如1,2,3等)用于上标位置，且必须用括号括起来，以 区别于数学的幂指数。 ●其他标示符，只要明确清楚，可用于下标位置，也可用于上标位置。 ● 由上述规则导出的复合符号（例如基本符号加标示符)，如下面列出的特定形式所 示。 在使用ML-HDBK-17时，认为下列通用符号和缩写是标准的。当有例外时，将在正文 或表格中予以注明
单层 层压板 43,厚度方向 1工厚度方向 2,横向 y,横向 黑，纵向 符号 H 2 式中 「a法向应力，剪应力 注 V2=较大的泊松比=- +F 许用应力 H= gy拉伸和剪应变 E,G弹性模量，剪切模量 V1=较小的泊松比=一 +四片 怕松比 1:纵向 「c:压缩 2:横向 3:厚度方向 ,单层 j 北：拉伸 s剪切 12.13,32剪切.泊松比 i= x:纵向 y:压 横向 层玉板 k✉ qu: 极限，不用于刚度 x厚度方向 ,马，列：剪切.袖松比 例子 F“=单层极限機向拉伸许用应力 ES =厚度方向层压板压焰弹性模量 图1.3.1力学性能的符号 A (1)面积(m2,in2) (2)交变应力与平均应力之比 (3)力学性能的A-基准值 a (1)长度(mm,in) (2)加速度(m/see2,ft/sec2) (3)振幅 (4)裂纹或缺陷的尺寸(mm,in) B ()力学性能的B基准值 (2)双轴比率 Btu 英制热单位 b 宽度(mm,in), 例如与载荷垂直的挤压面或受压板宽度，或梁截面宽度 c (1)比热(kJ/gC,Btu/lbF) (2)摄氏的 CF 地心引力(N,1bf) CPF 正交铺层系数 CPT 固化的单层厚度(mm,in) CG (1)质心；“重心”： (2)面积或体积质心 中心线 3
柱屈曲的根部固定系数 E 蜂窝夹芯高度(mm,in) cpm 每分钟周数 D (l)直径(mm,in) (2)孔或紧固件的直径(mm,in) (3)板的刚度(N-m,bfin) 表示微分的算子 E 拉伸弹性模量，应力低于比例极限时应力与应变的平均比值(GPa,Msi) E 储能模量(GPa,Msi) E 损耗模量(GPa,Msi) Ee 压缩弹性模量，应力低于比例极限时应力与应变的平均比值(GPa,Msi) E 垂直于夹层平面的蜂窝芯弹性模量(GPa,Msi) Eaec 割线模量(GPa,Msi) gtan 切线模量(GPa,Msi) e 端距，从孔中心到板边的最小距离(mm,in) elD 端距与孔直径之比〔挤压强度) (I)应力(MPa,ksi) (2)华氏温度计（的） 6 弯曲应力(MPa,ksi) frcer 压损应力或折损应方（破坏时柱应力的上限）(MPa,ksi) eu 纯剪极限应力（此值表示该横截面的平均剪应力）(MPa,ksi) FAW 纤维的面积重量(gn2,b/in) FV 纤维的体积(%) (I)内（或计算）应大(MPa,ksi) (2)在有裂纹的毛截面上作用的应力(MPa,ksi) (3)蠕变应力(MPa,ksi) 压缩内应力（或计算压缩应力）(Pa,ksi) 6 (I)断裂时的最大应力(MPa,ksi) (2)毛应力限（筛选弹性断裂数据用）(MPa,ksi) ft 英尺 G 刚性模量、剪切模量(MPa,Msi) GPa 千兆帕斯卡(gigapascal) g (1)克 (2)重力加速度(m/s2,f/s2) H/C 蜂窝（夹芯) 方 高度（mm,in),如梁截面高度。 hr 小时 I 面积惯性矩(mm,in4) i 梁的中性面（由于弯曲）斜度，弧度 4
in 英寸 (1)扭转常数(=1，对圆管)(m,in4) (2)焦耳 K (1)绝对温标，开氏温标 (②)应力强度因子(MPam,ksi/in) (3)导热性系数(W/mC,Bu/hr/in/℉) (4)修正系数 (⑤)介电常数，电容率 Kapp 表观平面应变断裂韧性或剩余强度(MPa/m,ksi/in) Ke 平面应变断裂韧性，对裂纹扩展失稳点断裂韧性的度量(MPa/m,ksi/in) Kie 平面应变断裂韧性(MPa/m,ksi/in) KN 按经验计算的疲劳缺口因子 K 板或圆筒的剪切屈曲系数 K (1)理论的弹性应力集中因子 (2)蜂窝夹芯板的1Jc比 K 电介质强度，绝缘强度(KVmm,Vmil) Kg Ky 板或圆简的压缩屈曲系数 k 单位应力的应变 L 圆筒、梁或柱的长度(mm,in) L 柱的有效长度(mm,in) Ib 磅 M 外力矩或力偶(N-m,in-bf) Mg 百万克（兆克） MPa 兆帕斯卡(s) MS 军用标准 M.S. 安全裕度、安全系数 MW 分子量 MWD 分子量分布 m (1)质量(kg,1b) (2)半波数 (3)米 (4)斜率 N (1)破坏时的疲劳循环数 (2)层压板中的单层数 (3)板的面内分布力(Ibf/in) (4)牛顿 (5)归一化 NA 中性轴 (1)在一个集内的次数
(2)半波数或全波数 (3)经受的疲劳循环数 P (I)作用的载荷(N,1bf) (2)曝露参数 (3)概率 (4)比电阻、电阻系数（Ω） p 试验的极限载荷，(N,b/每个紧固件) A 试验屈服限载荷，(N,b/每个紧固件) ⊙ 法向压力(Pa,psi) psi 磅/平方英寸 9 横截面的静面积矩(mm3,in3) 9 剪流(N/m,Ibf/in) R (1)循环载荷中最小与最大载荷之代数比 (2)减缩比 RA 面积的减缩 R.H. 相对湿度 RMS 均方根 RT 室温 (I)半径(mm,in) (2)根部半径(mm,in) (3)减缩比（回归分析） S (1)剪力(N,lbf) (2)疲劳中的名义应力(MPa,ksi) (3)力学性能的S基准值 S 疲劳中的应力幅值(MPa,ksi) Se 疲劳限(MPa,ksi) Sm 疲劳中的平均应力(MPa,ksi) Soox 应力循环中应力的最大代数值(MPa,ksi) Smin 应力循环中应力的最小代数值(MPa,ksi) SR 应力循环中最小与最大应力的代数差值(MPa,ksi) S.F. 安全系数 (1)弧长(mm,in) (2)蜂窝夹层芯格尺寸(mm,in) T (1)温度（℃，F) (2)作用的扭矩(N-mt,in-bf) Ta 热解温度（℃，℉） Te 曝露的温度(C,℉ Ts 玻璃化转变温度（℃，℉） Tm 熔融温度（℃，℉） 6
(l)厚度(mm,in) (2)曝露时间(s) (3)持续时间（s) V (1)体积(mm3,in3) (2)剪力(N,Ibf) W (I)重量(N,1bf) (2)宽度(mm,in) (3)瓦特 沿一个坐标轴的距离 Y 关联构件几何学特性与裂纹尺寸的无因次系数 y (l)受弯粱弹性变形曲线的挠度(mm,in) (2)由中性轴到给定点的距离 (3)沿一个坐标轴的距离 Z 截面模量，y(mm,in3) a 热膨胀系数(m/mc,in/in/F) Y 剪应变(m/m,in/in) A 差分（用于数量符号之前） 6 伸长量或挠度(mm,in) 应变(m/m,in/in) E 弹性应变(mm,in/in) e 塑性应变(m/m,in/in) I 渗透性 力 塑性折减因子 [] 本征黏度 0 动态复黏度 泊松比 p (1)密度(kg/m3,1b/in3) (2)回转半径(mm,in) Pe 蜂窝夹芯密度(kgm3,lb/in3) (i,户1,2,3或x,y,z) ∑ 总计、总和 0 标准差 0时，到 外法线朝的平面上沿方向的应力 T 作用剪应力(MPa,ksi) ) 角速度（弧度s) 9 无限大 13.1.1组分的性能 下列符号专用于典型复合材料组分的性能： 纤维材料弹性模量(MPa,ksi)
Em 基体材料弹性模量(MPa,ksi) E姓 预浸玻璃稀纱布沿纤维方向或沿织物经向的弹性模量(MPa,ksi) 预浸玻璃稀纱布在垂直于纤维方向或织物经向的弹性模量(MP,ksi) 纤维材料剪切模量(MPa,ksi) G 基体材料剪切模量(MPa,ksi) 预浸玻璃稀纱布剪切模量(MPa,ksi) 夹芯沿x轴的剪切模量(MPa,ksi) G 夹芯沿y轴的剪切模量(MPa,ksi) 1 纤维长度(mm,ir) d 纤维材料热膨胀系数(m/m℃，in/in℉) am 基体材料热膨胀系数(mm℃，in/in℉) 预浸玻璃稀纱布沿许维方向或织物经向的热膨胀系数(m/m/℃，in/in℉) a 预浸玻璃稀纱布垂直纤维方向或织物经向的热膨胀系数(m/m℃，in/in℉) v 纤维材料泊松比 v 基体材料泊松比 Va 由纵向（经向)伸长引起横向（纬向）收缩时玻璃稀纱布的泊松比 由横向（经向）伸长引起纵向（纬向）收缩时玻璃稀纱布的泊松比 作用于某点的轴向应力，用于细观力学分析(MPa,ksi) T 作用于某点的剪切应力，用于细观力学分析(MPa,ksi) 1.3.1.2单层与层压板 下列符号、缩写及记号适用于复合材料单层及层压板。目前，ML-HDBK-17的重点放 在单层性能上，但这里给出了适用于单层及层压板的常用符号表，以避免可能的混淆。 Ag(,户1,2,6) (面内)拉申刚度(N/m,bfin) Bg(6=1,2,6 耦合矩阵(N,1bf) C(,户l,2,6)刚度矩阵元素(Pa,psi) Dx,Dy 弯曲刚度(N-m,bfin) Do 扭转刚度(N-m,lbf-in) Dg(,户1,2,6) 弯曲刚度(-m,lbf-in) E 平行于纤维或经向的单层弹性模量(MPa,Msi) E 垂直于纤维或经向的单层弹性模量(MPa,Msi) Ex 沿参考轴X的层压板弹性模量(MPa,Msi) E 沿参考轴Y的层压板弹性模量(MPa,Msi) G12 在12平面内的单层剪切模壁(MPa,Msi) G到 在参考平面y内的层压板剪切模量(MPa,Msi) h 第铺层或单层的厚度(mm,in) M,M.,Moy (板壳分析中的)弯矩及扭矩分量(N-m/m,in-lbf/in) n 每个单层在羊位长度上的纤维数 e.B 分别垂直于x及y轴的板截面上，与jz平行的剪力(N/m,Ibf/in) 8
2(i,户l,2,6)折算刚度矩阵(Pa,psi) 4x'4y*4z 位移向量的分量(mm,in) 4,4,4g 层压板中面的位移向量分量(mm,in) w 空隙含量（用体积百分数表示） Vi 纤维含量或纤维体积（用体积百分数表示） g 玻璃稀纱布含量（用体积百分数表示） V 基体含量（用体积百分数表示） V Vy 边缘剪力或支承剪力(N/m,Ibf/in) W 纤维含量（用重量百分数表示） Ws 玻璃稀纱布含量（用重量百分数表示） Wm 基体含量（用重量百分数表示） W 单位表面积的层压板重量(N/m2,1bfin2) 沿1轴的单层热膨胀系数(m/mC,in/in/℉) 的 沿2轴的单层热膨胀系数(m/mC,in/in/F) 以 层压板沿广义参考轴x的热膨胀系数（mmC,in/in/F) a 层压板沿广义参考轴y的热膨胀系数(mmC,in/inF) g 层压板的热膨胀剪切畸变系数(m/mC,in/in/℉) 6 单层在层压板中的方位角，即1轴与x轴间的夹角（°） 等于Vw与之积 42 由1方向伸长引起2方向收缩的泊松比 如 由2方向伸长引起1方向收缩的泊松比 w 由x方向伸长引起y方向收缩的泊松比 x 由y方向伸长引起x方向收缩的泊松比 Pe 单层的密度(kg/m3,bfin3) p。 层压板的密度(kgm3,Ibf/in3) 中 (1)义角坐标() (2)偏轴加载中，x轴与载荷方向之间的夹角（°） 1.3.1.3下标 认为下列下标记号是MIL-HDBK-17的标准记号： 1,2,3 单层的自然直角坐标(1是纤维方向或经向) A 轴 a (1)胶粘的 (2)交变的 app 表观的 byp 旁路的 (1)复合材料体系，特定的纤维/基体组合。复合材料作为一个整体，区别于 单一的组分又当与上标撒号()连用时，指夹层芯子 “因为使用了不同的定义，在对比不问来源的泊松比以前，应当检青其定义， 9
(2)临界的 cf 离心力 e 疲劳或耐久性 eff 有效的 eq 等效的 f 纤维 g 玻璃稀纱布 H 图 i 顺序中的第位置 L 横向 名 (1)基体 (2)平均 max 最大 min 最小 n (I)序列中的第n个（最后）位置 (2)标准的、法向的 p 极的、极性的 s 对称 st 加筋条 T 横向 在时刻的参量值 x,y,2 广义坐标系 E 总和或求和 0 初始点数据或参考数据 () 表示括号内的项相应于特定温度的格式。RT一室温(21℃，70℉)；除 非另有说明，所有温度以华氏温度（℉）表示。 13.1.4上标 在MIL-HDBK-17中，认为下列上标记号是标准的。 b 弯曲 br 挤压 (1)压缩 (2)烯变 cc 压缩折曲 cr 压缩屈曲 e 弹性 f 纤维 g 玻璃稀纱布 ·译者注：在译文中一般情况下用摄氏温度（℃）表示。 10