容限(Tolerance)一允许一个参量变化的总量。 容许限(Tolerance Limit)一对某一分布所规定百分位的下（上）置信限。例如， B基值是对分布的百分数10取95%的下置信限。 容限系数(Tolerance Limit Factor)指在计算容许限时，与变异性估计量相乘的 系数值。 韧性（Toughness)一对材料吸功能力的一种度量，或为使材料断裂，对每单位体 积或单位质量的材料实际需要作的功。韧性正比于原点到断裂点间载荷一伸长量曲线下 所包围的面积。 丝束(T0w)一未经加捻的连续长纤维束。在复合材料行业，通常指人造纤维，特 别是碳纤维和石墨纤维。 变换(Transformatio如)—数值变换，是把一个数学函数用于所有数值而实现的计 量单位变换。例如，给定数据x,则y=x+1,x,1/x,logx以及cosx都是x的变换。 一级转变(Transition,First Order)—聚合物中与结晶或熔融有关的一种状态变化。 横混各向同性(Transversely Isotropic)一说明性术语，指一种呈现特殊的正交各 向异性的材料，其中在两个正交维里，性能是相同的，而在第三个维里性能就不相同：在 两个横向具有相同的性能，而在纵向则非如此。 随炉件(Traveller)-一同一产品（板、管等）的一小片，作为试件，用于测量含湿 量，了解吸湿处理的结果。 格度(Twst)一一纱或其他纺织原丝在单位长度上沿其轴线扭转的圈数，可表示为 每英寸的图数(tpi),或每厘米的圈数(pcm)。 加捻方向(Twist,,Direction of)—一对纱或其他纺织原丝加捻的方向，用大写字母S 和Z表示。当把纱吊置起来后，如果纱围绕其中心轴的可见螺旋纹与字母S中段的偏斜方向 一致，则称其为$加捻，如果方向相反，则之为Z加捻。 加捻增量(Twist multiplier)一每英寸的加捻圈数与纱线支数平方根之比值。 典型基准值(Typical Basis)一典型性能值是一种样本平均值，注意，典型值定义 为简单的算术平均值，其统计含义是，在50%置信水平下可靠性为50%。 未粘住(Unbond)一指两胶接件的界面间准备胶接而未被胶接的区域。也用来指一 些为模拟胶接缺陷，而有意防止其胶接的区域，例如在质量标准试件制备中的未胶接区。 (参见脱粘Disbond、脱胶Debond)。 单向纤维增强复合材料(Unidirectional Fiber-.Reinforced Composite)一其所有纤 维均沿相同方向排列的任何纤维增强复合材料。 单胞(Unit Cell)一这个术语用于编织织物的纱线轨迹，表示其重复几何图案的一 个格子单元。 非结构型数据(Unstructured Data)一 （见第一卷，8.1.4节)。 上置信限(Upper Confidence Limit)一见置信区间(Confidence Interval.)。 真空袋模压(Vacuum Bag Molding)一对铺贴层进行固化的一种工艺，即用软质布 盖在铺贴层上且沿四周密封，然后在铺贴层与软布之间抽真空，使其在压力下进行固化。 均方差(Variance)一见样本方差(Sample Variance)。 黏度(Viscosity)—材料体内抵抗流动的一种性能。 空隙(Vod)一复合材料内部所包容的任何小气泡或或接近真空的空穴。 空隙含量(Void Content)一复合材料内部所含空隙的体积百分比。 31
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经纱(Wap)一机织织物中，沿纵向的纱（见纬纱(F)),本身很长并近似平 行。 经纱面(Warp Surface)一与纬纱相比，其经纱面积较大的这个层的表面。 讨论：对于两个表面的经纱与纬纱均相等的织物，不存在经纱面。 (双参数)eibull分布(Weibull Distribution（Two-Parameter))一一种概率 分布，随机取自该母体的一个观测值，落入值a和b(0<a<b<∞)之间的概率由式1.7（给 出，式中：称为尺度参数，B称为形状参数。（见第一卷，8.1.4节）。 1.7(d 湿铺贴(Wet Lay-up) 在把增强材料铺放就位的同时，加入液态树脂体系的一种 增强制品制作方法。 湿强度(Wet Strength)一在其基体树脂吸湿饱和时有机基复合材料的强度。（见 饱和(Saturation))。 湿法纏绕(Wet Winding)一一-一种纤维缠绕方法，这种方法是，在刚要将纤维增强 材料缠到芯模上的时候，才用液体树脂对其浸渍。 晶须(Whisker)一一种短的单晶纤维或细丝。品须的直径范围是1-25μm,其长径 比在100-15000之间。 缠绕(Winding)一一种上艺过程，指在受控的张力下，把连续材料绕到有预定几 何关系的外形上，以制作结构。 讨论：可以在缠绕之前、在缠绕过程中、以及在缠绕之后，加上粘结纤维用的树脂材料。纤维缠绕 是最将通的一种形式。 使用寿命(ork Life)一在与催化剂、溶剂或其他组合成分混合以后，一个化合物 仍然适合于其预期用途的时间周期。 机织织物复合材料(Woven Fabric Composite)一先进复合材料的一种主要形式， 其纤维组分由机织织物构成。机织织物复合材料一般是由若干单层组成的层压板，而每个 单层则由埋置于所选基体材料中的-一层织物构成。单个的织物单层是有方向取向性的，由 其组合成特定的多向层压板，以满足规定的强度和刚度要求包线。 纱(Yar)一表示连续长丝束或纤维束的专业术语：它们通常是加捻的因而适于制 成纺织物。 合股纱(Yarm,Plied)一由两股或多股有捻纱合成的纱束。通常，将这几股纱加捻 合到一起，有时不用加捻。 屈服强度(Yield Strength)一指当某材料偏离应力-应变比例关系达到某规定限值时， 其所对应的应力值。（这个偏移用应变表示，如在偏量法中为02%，在受载总伸长法中为 0.5%)。 轴(XAxs)一复合材料层压板中，在层压板面内作为0°基准，用以标明铺层角度 的轴。 XY平面(X-Y Plane)一复合材料层压板中，与层压板平面相平行的基准面。 轴(YAxs)一复合材料层压板中，位于层压板平面内与X轴相垂直的轴。 Z轴(Z-Axs)一一复合材料层压板中，与层乐板平面相垂直的基准轴。 32
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参考文献 13(a) Military Standardization Handbook,"Metallic Materials and Elements for Aerospace Vehicle Structures." MIL-HDBK-5F,I November 1990 1.3b) DOD/NASA Advanced Composites Design Guide,Air Force Wright Aeronautical Laboratories,Dayton,OH,prepared by Rockwell Intemational Corporation,1983(distribution limited). 1.3(c) ASTM E 206."Definitions of Terms Relating to Fatigue Testing and the Statistical Analysis of Fatigue Data,"1984 Armwal Book ofASTM Standards,Vol 3.01.ASTM.Philadelphia,PA.1984. 1.324a) ASTM E 380,"Standard for Metric Practice,"1984 Annual Book of ASTM Srandards.Vol 14.01,ASTM,Philadelphia, PA,1984 1.326) Engineering Design Handbook:Metric Conversion Guide.DARCOM P 706-470.July 1976. 13.2c) The Intemational System ofUnits(S1).NBS Special Publication 330.National Bureau of Standards,1986 edition. 1.32d Units and Systems of Weights and Measures,Their Origin,Development,and Present Status,NBS Letter Circular LC 1035,National Bureau of Standards,November 1985 1.3.2e) The International System of Units Physical Constants and Conversion Factors.NASA Special Publication 7012,1964
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第2章 材料和工艺一变异性对复合材料性能的影响 2.1引言 通常，有机基复合材料的性能与固化和工艺相关。这可以导致玻璃化转变（使用温度）、 耐蚀性、对微裂纹的敏感性、常规强度、或疲劳及使用寿命的变化。此外，在多数情况下， 这些材料或由其构成的结构元件是复杂多步躁的材料工艺产品。图2.1()和2.1b)说明从原 材料到复合材料终端产品的工艺流程。图21b)中每个方框代表一个有可能将附加变异性引 入材料的工艺过程。标准复合材料性能数据库的利用，需要了解测得的材料性能与用于终 端产品的组分材料和工艺顺序有关的特性及变异性的依赖关系。因而，为达到要求的复合 材料结构力学和物理性能，研究和应用工艺控制是最重要的。 不论处爆个工作阶段，均将所有产品看作是原材料。这些可以是用 原材料 于树脂的化学品、或是待加工成玻璃产品的砂石、或是作为长丝产品 前驱体、或是织物、或是扁平的已加工为片材及许多其他尚待加工为 成品的割品， 然后加丁每种原始产品、或与其他顺始产品混合、或改变成流程中仍 制造和/或工艺 是尚待经历其他加工步骥的另一种原始产品。每种接收的原始产品在 其加工步骤中必须按这样的方式加工，即在下一个流程操作中将变异 性减至最小。工艺操作可以是复杂的：如基体浸液，或许是比较简单 的：如运输。无论如问，每一步票必须是有效的，即在每一步量内均 不应引入改变后线使用产品或成品性能的不可控制的变化。 留下-个如工操作印迹的成品，在交付下遭工序时通常仍认为是半成 成品 品。在E完成的加工步要中，必须确认和注意该产品一致性的责任， 在成品未按要求进行全部操作之前，材科流程不算完成。 图2.1()复合材料及其：工艺，通用于所有材料与工艺的基本流程 2.2目的 本章的目的是通过复合材料的类型和相关材料工艺方法概述，提供对这些材料中工艺 导致变异性的起因和性质的了解。此外还寻求阐明将变异性减至最小的各种各样方法，包 括实施工艺过程控制和采用材料和工艺规范。 2.3范围 本章包括复合材料的说明，从作为组分原材料引入材料流程的前景开始，随后将原材 料转变成中间产品形式如预浸料，至最后制造者利用这些中间产品一步加工成形为完整的 复合材料结构。重点放在流程中每一工艺阶段对终端产品的总质量以及物理、化学和力学 34
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性能的累积影响上。最后包括一个普通工艺过程控制方案概述和讨论材料和工艺规范的制 定。 原材料 树脂制造 纤维制造 原材料 纱束，纤维柬， 产品 无捻粗纱产品 原材料 原材料 原材料 树脂传递模塑与 预浸料制造 织物制造 湿法制造 部件产品 成品产品 织物产品 图2.1b)原材料流程（示例) 2.4 组分材料 2.4.1 纤维 2.4.1.1碳和石墨纤维 碳和石墨作为增强纤维具有相当大的能力，其可提供的性能变化可以很大。在聚合物 基复合材料中，增强纤维的主要特性是高刚度和强度。在险恶环境中，如高温、曝露于常 用溶剂和液体以及潮湿环境中，纤维必须保持这些特性。用作主要结构材料的一部分，其 还应以连续纤维形式供货（文献2.4.11）。对于纤维的物理、化学和力学性能，这些特性 和要求具有实质的含意，同样也意味着工艺和验收参数。 2.4.1.1.1碳与石墨比较 对用于结构材料的碳纤维产生兴趣是在上世纪50年代后期开始的，当时以纺织品形式 35
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