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ICS 49.025.99 V 10
聚合物基复合材料力学性能数据表达准则
Data presentation guidelines on mechanical properties for polymer matrix
composite materials
2013-04-25 发布 2013-09-01 实施
中华人民共和国工业和信息化部 发 布
前 言
本标准按 GB/T 1.1-2009 给出的规则起草。
本标准代替 HB 7618-1998《聚合物基复合材料力学性能数据表达准则》。
本标准与 HB 7618-1998《聚合物基复合材料力学性能数据表达准则》相比主要有以下变化：
a) 将原标准第 4 章～第 7 章的内容合并为了第 5 章“聚合物基复合材料体系的力学性能表达 ”，增加了第 6 章“材料筛选和制定材料规范用的力学性能表达”、第 7 章“与结构设计有关的材料许用值”和第 8 章“材料体系等效性评定试验数据力学性能表达 ”;
b) 将原标准的“4.1 单层力学性能表达的内容”改为“5.2.1 单层级材料许用值项目和取值 ”，并删除了“层间剪切强度 ”;将原标准的“5.1 层合板韧性性能的表达的内容”改为“5.2.2 反映结构性能的准各向同性层合板力学性能项目和取值”，将“冲击后压缩强度”改为“冲击后压缩强度与最大静压痕接触力”两个性能，同时在附录 A 中给出了冲击后压缩的能量要求，删除了有关的韧性性能要求，同时增加了有关的试验矩阵;
c) 将原标准 4.2 中引用的部分试验方法标准，改为引用有关部门认可的试验方法标准，在附录 B中给出了可供选用的试验方法标准目录;
d) 将原标准的“第 7 章 B 基准值统计方法 ”，纳入“5.4.2 性能测试数据的处理”和“5.4.3 材料许用值表达准则”中，并将详细的公式推导和具体公式放入附录 D，在附录 F 中给出了算例。对具体的统计处理方法参照 MIL-HDBK-17-1F 和DOT/FAA/AR-03/19 进行了修订，主要的修改是将原方法采用的以 Weibull 分布为首要选择改为以正态分布为首要选择，并增加了将离散系数小于 4%的数据扩大为 4%的处理方法;
e) 将原标准中有关最高使用温度的内容作为附录 C，并增加了确定材料最高使用温度的方法;
f) 将原标准的“4.5 数据结果的表达”作为“5.4.3.4”，删除了其中的原层间剪切性能表格，增加了短梁剪切、开孔拉伸、开孔压缩、充填孔拉伸、充填孔压缩、挤压、冲击后压缩和最大静压痕力等性能的表达表格格式，表中的内容进行了部分修改，表格以图的形式给出并将其作为标准的附录 E;
g) 删除了原标准的附录 B，将其内容纳入了附录 D 中。
本标准由中国航空综合技术研究所、北京航空材料研究院归口。
本标准起草单位：中国飞机强度研究所、中国航空工业集团公司北京航空材料研究院、南京航空航天大学。
本标准主要起草人：沈 真、张子龙、陈普会、杨胜春、孙坚石、沈 薇、李 磊、王 俭。
本标准历次版本发布情况为：
——HB 7618-1998。
聚合物基复合材料力学性能数据表达准则
1 范围
本标准规定了聚合物基复合材料体系力学性能表达、材料筛选和制定材料规范用力学性能表达、与结构设计有关的材料许用值，以及材料体系等效性评定试验数据力学性能表达准则，包括力学性能项目、试验数量、湿热环境试验条件、数据的获取与处理方法等。
本标准适用于航空飞行器结构用连续纤维增强聚合物基复合材料表征(鉴定)时的力学性能表达，也适用于材料筛选、制定材料规范和材料等效评定时的力学性能表达。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T 3354 定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法
GB/T 3355 聚合物基复合材料纵横剪切强度试验方法
GB/T 3961 纤维增强塑料术语
3 术语和定义
GB/T 3961 界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
材料许用值 material allowables
在一定的载荷类型与环境条件下，主要由试样试验数据，按规定要求统计分析后确定的具有一定置信度和可靠度的材料性能表征值。
3.2
设计许用值 design allowables
设计值 design values
为保证整个结构的完整性，根据具体工程项目要求，在材料许用值和代表结构典型特征的试样、元件(包括典型结构件)试验结果，及设计与使用经验基础上确定的设计限制值。
3.3
A-基准值 A-basis value
力学性能的限定值，在 95%的置信度下，99%性能数值群的值不低于此值。
3.4
B-基准值 B-basis value
力学性能的限定值，在 95%的置信度下，90%性能数值群的值不低于此值。
3.5
平均值 average value
试样有效试验结果的算术平均值。
3.6
典型值 typical value
对力学性能，不少于 5 个有效试验结果的算术平均值;对物理性能，不少于 3 个有效试验结果的算术平均值。
3.7
最小平均值 minimum average value
国家标准、国家军用标准、行业标准或企业标准对材料规定的最低力学性能平均值。
3.8
最小个体值 minimum individual value
国家标准、国家军用标准、行业标准或企业标准对材料规定的最低力学性能个体值。
3.9
冲击后压缩强度 compressive strength after impact
复合材料试样经规定能量冲击后所测得的压缩强度值。
3.10
最大静压痕接触力 maximum contact force by QSI (Quasi-Static Indentation)
准静态压痕(QSI)试验时，对复合材料层合板试样表面缓慢施加集中压痕力，所测得的极限集中压痕力值。
3.11
干态试样 dry specimens
试验前在环境受控(23 ℃±3 ℃, 50%±10%RH)室内大气环境中至少放置 24 h 制造状态的试样。
3.12
湿态试样 wet specimens
经设定温度和相对湿度的环境条件处理，达到要求吸湿量的试样。若无特殊说明， 本标准规定的试样吸湿量均为在 85%RH 下的平衡吸湿量。
3.13
材料等效 material equivalence
第二材料来源、材料组分或工艺变更后所得出的材料性能，与原用材料鉴定时的性能等效。
3.14
材料等效试验 equivalence testing
进行材料等效性评定的试验。
3.15
预浸料批次 prepreg batch
用 1～3 批次纤维(或织物)和一批次树脂制成的材料。预浸料连续生产过程应超过 72 h，同时在间
断期间同一设备上未生产过其他的预浸料。
3.16
预浸料批组 prepreg lot
购货方在同一时间接受的同一批次的预浸料或同一批次中的部分预浸料。
3.17
试板 panel
供裁剪性能测试试样用的板材。
3.18
充分取样 robust sampling
至少需要由 5 批次的预浸料制备试样的取样方法。
3.19
减量取样 reduced sampling
至少需要由 3 批次的预浸料制备试样的取样方法。
3.20
结构型数据 sructured data
考虑性能批间差异，不同温度、吸湿量和铺层顺序等条件下的性能数据组合。
3.21
非结构型数据 unsructured data
忽略性能批间差异，在同一确定条件下的性能数据组合。
4 符号和缩略语
4.1 符号
本标准中采用的符号、说明和单位见表 1。
表 1 材料力学性能主要符号、说明和单位
表 1 材料力学性能主要符号、说明和单位(续)
4.2 缩略语
下列缩略语适用于本标准。
CTD——低温干态;
RTD——室温干态;
RTW——室温湿态;
ET ——高温;
ETD——高温干态;
ETW——高温湿态;
OHT——开孔拉伸;
OHC——开孔压缩;
FHT——充填孔拉伸;
FHC——充填孔压缩。
5 聚合物基复合材料体系力学性能表达
5.1 概述
复合材料体系的力学性能表达由单层级的材料许用值和若干反映结构性能的准各向同性性能两部分组成，所有试样应按经批准的材料规范和工艺规范制备。
5.2 单层级材料许用值和反映结构性能的准各向同性层合板力学性能
5.2.1 单层级材料许用值项目和取值
单层级材料许用值应包括：
a) 0˚(或经向)和 90˚(或纬向)拉伸弹性模量和强度;
b) 0˚(或经向)和 90˚(或纬向)压缩弹性模量和强度;
c) 主泊松比;
d) 纵横(面内)剪切弹性模量和强度。
上述性能中 0˚(或经向)与 90˚(或纬向)拉伸、压缩强度、纵横剪切强度通常取 B-基准值，弹性模量和主泊松比取平均值。
5.2.2 反映结构性能的准各向同性层合板力学性能项目和取值
反映结构性能的准各向同性层合板([45/0/-45/90]ns)力学性能应包括：
a) 开孔拉伸强度;
b) 开孔压缩强度;
c) 单钉双剪挤压强度;
d) 冲击后压缩强度(冲击能量的确定方法参考附录 A);
e) 最大静压痕接触力。
上述性能通常取 B-基准值。
5.2.3 疲劳性能
对承受高周(一般大于 1×107 次循环)疲劳载荷的构件，应根据结构受力情况按以下原则考虑疲劳性能：
a) 基本材料性能筛选——主要用于设计选材;
b) 设计许用值——主要用于表征所选的具体材料，通过分析以确保所选材料满足设计要求;同时
还可用于确定更高水平(更复杂)元件和构件试验的疲劳放大系数。
5.3 试验矩阵和表达准则
5.3.1 单层级材料许用值试验矩阵
5.3.1.1 概述
材料许用值试验涉及预浸料物理和化学性能、单层物理性能、耐介质性等非力学性能试验项目， 本标准主要给出力学性能试验矩阵。
5.3.1.2 通用的材料许用值试验矩阵
通用的材料许用值试验矩阵如下：
a) 应采用经有关部门认可的试验方法标准进行试验，可供选择的部分标准目录参见附录 B，推荐的单层级力学性能试验矩阵见表 2。
b) 力学性能试验矩阵中每一个性能在每种试验条件下要求至少 30 个试验数据(至少 5 批次，每批次至少 6 个数据)，以在确定 B-基准性能时进行统计分析。若承制方和采购方或适航局能取得一致，也可采用较少的试验或批次，但不允许少于 3 批次。
c) 表 2 中 CTD 对航空结构均为-55℃;ETW 的温度为复合材料体系的最高使用温度(MOL)，有关 MOL 的定义和最高使用温度的确定方法参见附录 C。
d) 采用 l×m ×n 的形式表示所需试样数，l 代表需要的批次数;m 代表每批次的试板数，试板应出自不同炉次;n 代表每个试板的试样数。
e) 除有特殊要求外，对湿态试样的要求为：放置在 85%相对湿度条件下达到平衡吸湿量的试样。为加速吸湿，浸润过程可在高温下进行，对环氧树脂基复合材料体系，最高温度不应超过 80℃。通常采用的试样状态调节条件为在 70℃/85%RH 条件下达到平衡。
5.3.1.3 回归分析用单层级力学性能试验矩阵
表 2 给出的试验矩阵可用表 3 所示的回归分析单层级力学性能试验矩阵代替，回归分析用单层级力学性能试验矩阵基本原则为：
a) 回归分析允许共享不同环境参数(如温度和吸湿量)下获得的数据。对多批次的材料， 可采用比其他情况下所需规模小的试验数据母体，计算出某种性能在每一种试验条件下的 B-基准値和A-基准值。
b) 用 3 种高温试验条件代替“最高温度”条件，可根据具体使用情况采用不同温度与试样状态(干态或湿态)的组合。所有的温度在干态时低于干态的玻璃化转变温度 Tg，在湿态情况时低于湿态的 Tg，有关材料最高使用温度的确定方法参见附录 C。
c) 对不同复合材料体系推荐的试验温度见表 4。
表 2 单层级力学性能试验矩阵
表 3 回归分析用单层级力学性能试验矩阵
表 4 对不同复合材料体系推荐的试验温度 单位为摄氏度(℃)
5.3.1.4 纤维缠绕材料力学性能试验矩阵
推荐的纤维缠绕材料的力学性能鉴定试验矩阵见表 5。宜采用最能模拟最终产品所用的工艺技术制造试板，并应采用经有关部门认可的试验方法标准进行试验，可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.3.2 反映结构性能的准各向同性层合板力学性能试验矩阵
反映结构性能的准各向同性层合板力学性能试验矩阵见表 6，其中 ETW 的温度为复合材料体系的最高使用温度。采用经有关部门认可的试验方法标准进行试验， 可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。冲击后压缩强度试验的冲击能量可参照附录 A 给定的方法确定。
表 5 纤维缠绕材料力学性能鉴定试验矩阵
表 6 反映结构性能的准各向同性层合板力学性能试验矩阵
5.4 力学性能数据的获取与表达
5.4.1 数据的测试试验方法
5.4.1.1 拉伸试验
拉伸试验按 GB/T 3354 或有关部门认可的试验方法标准进行，单向层合板 0˚(或经向)方向拉伸试验测定 E1t、Xt 、ε1t 和ν12 ，多向层合板纵向拉伸试验测定 Ext 、σxt 、εxt 和 νxy ;单向层合板 90˚方向拉伸试验测定 E2t 和 Yt，多向层合板横向拉伸试验测定 Eyt 和 σyt。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.2 压缩试验
压缩试验按有关部门认可的试验标准进行，单向层合板 0˚(或经向)方向压缩试验测定 E1c、Xc 和 ε1c，多向层合板纵向压缩试验测定 Exc 、σxc 和 εxt;单向层合板 90˚方向压缩试验测定 E2c 和 Yc ，多向层合板横向压缩试验测定 Eyc 和 εyc。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.3 面内和层间剪切试验
纵横(面内)剪切试验按 GB/T 3355 或按有关部门认可的试验方法标准进行，用[±45˚]ns 或[90/0]ns层合板(包括经纬向纤维比例相同的织物层合板)测定 G12、S0.2、S 和 S12。经纬向纤维比例不相同的织物层合板和其他多向层合板面内剪切试验按有关部门认可的试验方法标准进行，测定 Gxy、Sxy0.2、Sxy 和 ?xy。其他层间剪切试验按有关部门认可的试验方法标准进行，测定 G13 、G23 、S13 和 S23。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.4 短梁剪切强度试验
短梁剪切强度试验按有关部门认可的试验方法标准进行，短梁剪切强度试验测定 τsbs。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.5 开孔拉伸试验
开孔拉伸试验按有关部门认可的试验方法标准进行，开孔拉伸试验测定 σoht。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.6 开孔压缩试验
开孔压缩试验按有关部门认可的试验方法标准进行，开孔压缩试验测定 σohc。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.7 充填孔拉伸和压缩试验
充填孔拉伸和压缩试验按有关部门认可的试验方法标准进行，充填孔拉伸试验测定 σfht ，充填孔压缩试验测定 σfhc。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.8 挤压性能试验
挤压性能试验按有关部门认可的试验方法标准进行，挤压性能试验测定 σbru2%和 σbru。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.9 冲击后压缩试验
冲击后压缩试验按有关部门认可的试验方法标准进行，冲击能量由试验提出方确定，冲击后压缩试验测定 σCAI。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.10 静压痕试验
静压痕试验按有关部门认可的试验方法标准进行，静压痕试验测定 Fmax。可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.11 纺织复合材料力学性能的试验
纺织复合材料力学性能的试验按有关部门认可的试验方法标准进行，并需考虑有关纺织复合材料力学性能试验的特殊要求，可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.1.12 试样吸湿平衡试验
试样吸湿平衡试验按有关部门认可的试验方法标准进行，可供选择的部分试验方法标准目录参见附录 B。
5.4.2 试验数据的处理
5.4.2.1 异常数据的处理
工程判断或数据处理发现异常数据时，应首先查找物理原因。若没有找到物理原因， 则应按下述原则进行处理：
a) 对高异常数据，应考虑该异常数据是否在材料的能力范围内。若其明显超出了材料的能力范围，则应从该数据集中删除;若在材料的能力范围内，则可保留。
b) 对低异常数据，通常应予保留。若发现该异常数据会大大降低基准值而需删除时， 则应分析其可能原因，并做附加试验证实删除该异常数据的正确性。
5.4.2.2 正则化
5.4.2.2.1 概述
为直接比较力学性能试验的结果，需要通过正则化处理将原始的力学性能试验测量值调整到一个规定的纤维体积含量对应的性能正则化值，该方法仅适用于由纤维控制的无缺口和含缺口层合板的性能，包括：
a) 0˚(经向)拉伸弹性模量和强度(机织织物及单向带);
b) 90˚(纬向)拉伸弹性模量和强度(仅机织织物);
c) 0˚(经向)压缩弹性模量和强度(机织织物及单向带);
d) 90˚(纬向)压缩弹性模量和强度(仅机织织物);
e) 典型层合板开孔拉伸强度;
f) 典型层合板开孔压缩强度。
5.4.2.2.2 方法
正则化值按公式(1)计算：
XN =vN XT ……………………………………………(1)
vT
式中：
XN ——性能正则化值;
vN ——纤维体积百分数名义值;
vT ——纤维体积百分数测量值;
XT ——力学性能试验测量值。
纤维体积百分数的名义值与测量值之比(vN/vT)可用试样厚度的测量值与名义值之比(tT/tN)近似。
5.4.3 材料许用值表达
5.4.3.1 概述
材料许用值用于表征复合材料体系和结构设计与分析，所有试样应按经批准的材料规范和工艺规范制备，使获得的力学性能数据能代表用该复合材料体系制造的结构材料性能。材料许用值的建立过程应考虑材料和工艺的变异性，以使采用这些数据进行设计时，能保证用该材料体系所制造结构的使用安全。
材料许用值由以下两部分性能数据构成：
a) 单层级材料许用值及反映结构应用的准各向同性层合板性能。主要用于表征复合材料体系及提供用于设计的基本力学性能数据。
b) 与设计有关的材料许用值。可用于由一材料体系在同一制造厂商制造的所有结构设计。
5.4.3.2 计算过程简述
许用值计算过程简述如下：
a) 将所有纤维控制的性能数据进行正则化。
b) 采用 k 样本 Anderson-Darling 检验方法(见 D.2.1)，检查每种环境条件下不同批次的数据(子母体)是否来自同一母体。
c) 收集某个单独试验条件在每种试验环境条件下的数据。在每种环境条件下的观测数为 nj，下标j 代表被汇集的环境总数。每种环境条件下的样本均值和样本标准差 s 按公式(2)和公式(3)计算：
xi …………………………………………………(2)
s
d) 按 D.2.2 给出的方法，检查每个环境条件组是否存在异常数据，若存在异常数据，则应对各异常数据进行处置。
e) 采用正态性检验方法(见 D.2.3)，检查每种环境条件下的正态性假设是否正确。检查母体的正态性时，应采用工程判断证实无严重违背正态性假设。若严重违背了正态性假设， 则应采用其他统计模型(见 D.3.2)拟合这些数据。
f) 按 D.2.4 给出的方法，检查不同环境条件组间变异性的等效性。若任何一个环境条件组的变异性明显不同于其他环境条件组，则按图 1 所示的流程图计算材料许用值。
g) 用各单独的强度数据除以对应环境下的平均值，对每个环境条件组的数据进行正则化，使所有数据的平均值均为 1.0。将每种环境情况下所有正则化的数据进行集合， 形成一个数据集。若
给定环境条件下的数据离散系数小于 4%，则可采用 D.2.5 给出的方法对数据进行变换，使变换后的数据具有 4%的离散系数。然后按步骤 h)到步骤 l)对变换后的数据进行正则化。
h) 对集合的数据集，按公式(2)和公式(3)计算样本数 N、样本的平均值 x 和样本标准差 s;按D.2.3 给出的方法进行最佳正态拟合的目视比较。采用工程判断对分布的正态性进行检查， 其结果应无严重违背正态性的假设，若存在严重违背正态性的假设，则应采用其他统计模型(见D.3.2)拟合该数据。
i) 根据集合数据集中的样本数 N 和每种环境条件的样本数 nj ，对每种环境条件j 的正态分布，计算 B-基准与 A-基准的单侧容限系数。B-基准容限系数(kB)j 可按公式(4)～公式(6)近似计算：
cB (f )=0.36961+0.0040342 1 - 0.71750 1 +0.19693 1 ………………………(6)
f f当f =2 时，Q 精确值为 0.05129。
A-基准值容差系数 kA 可按公式(8)～公式(10)近似计算：
j=zA
cA (f )=0.36961+0.0026958 1 - 0.65201 1 +0.011320 1 ……………………(10)
zA ——标准的正态随机变量，在 A-基准值计算中，zA 取 2.32635(99%概率)。
当f≥3 时，Q 可按公式(7)近似计算。当f =2 时，Q 精确值为 0.05129。
若确定变异在统计上是相等的，则进行步骤j)和步骤 k)。
Bj 和 Aj 本质上为小于 1 的“折减系数”。
k) 将在步骤 j)中得到的基准值，乘以在步骤 c)中得到的每种环境条件下的平均强度值，即为每种环境条件下的 A-基准值和 B-基准值。若确定变异在统计上明显不同，则进行步骤 l)。
l) 用每种环境条件下分别得到的平均强度、标准差和容限系数， 计算正态分布的 B-基准値与 A
图 1 为材料许用值的计算流程图，图 2 为各环境条件组的变异性统计上不等效时的计算流程图。 F.1 给出了该方法的示例。
5.4.3.3 材料性能包线和内插
利用材料体系已有的性能 B-基准值为纵坐标，温度为横坐标，得出该材料体系的材料性能包线。对进行鉴定的材料在具体飞机应用时，结构最高使用温度与材料鉴定时的试验温度(通常是上限)可能有所不同，可采用简单的内插技术，得到结构最高使用温度时的基准值。具体示例参见 F.2。
图 1 材料许用值的计算流程图
图 2 变异不等同情况下材料许用值的计算程序
5.4.3.4 单层级材料许用值的确定原则
单层级材料许用值的确定原则为：
a) 按 5.4.3.2 计算得到不同环境条件组合(温度与吸湿量)下强度的 B-基准值和 A-基准值。
b) 对拉伸和压缩强度的材料许用值，工程上通常采用经统计处理后的强度 B-基准值。在方案设计、初步设计(含详细初步设计)阶段，若试验子样较小，数据分散性大，则材料许用值的数值取平均值的 85%和 B-基准值中的较大值。
c) 对纵横(面内)剪切强度的材料许用值，工程上通常采用经统计处理后的强度或 1.5 倍屈服强度B-基准值中的较小值。一般情况下，取极限剪切强度(即最大剪切强度与 5%剪切应变对应的剪切应力中的较小值)B-基准值作为材料许用值;当纵横(面内)剪切强度为关键性能时，应取 1.5 倍屈服强度 B-基准值作为材料许用值。
d) 对模量的材料许用值，工程上通常采用每种环境条件下所有试验数据的平均值。
5.4.3.5 数据结果的表达
单层级和层合板力学性能值采用表格形式表达，其格式见附录 E。图 E.1 为单层级和与结构应用有关准各向同性层合板力学性能平均值汇总表格式，表中应包括 CTD 、RTD 和 ETW 条件下单层级和与结构应用有关准各向同性层合板力学性能的 B-基准值(或平均值)，还应包括复合材料名称、纤维出厂日期、树脂出厂日期、预浸料生产日期、复合材料制造商和制造日期、试验单位和试验日期等信息;图 E.2～图 E.14 分别为 0˚(纵向)拉伸、90˚(横向)拉伸、0˚(纵向)压缩、90˚(横向)压缩、纵横(面内)
剪切性能、短梁剪切强度、开孔拉伸强度、开孔压缩强度、充填孔拉伸强度、充填孔压缩强度、挤压强度、冲击后压缩强度和最大静压痕力数据表格式。
6 材料筛选和材料规范用力学性能表达
6.1 材料筛选用力学性能表达
6.1.1 通用材料体系筛选用力学性能表达
通用材料体系筛选用力学性能表达应针对给定的应用对象，考察对结构完整性最关键的环境条件和载荷条件下的性能。推荐的通用材料体系筛选用力学性能试验矩阵见表 7，最高试验温度为应用对象的最高使用温度。
表 7 材料体系筛选用力学性能试验矩阵
6.1.2 高温使用材料体系选材用力学性能表达
高温下使用(高于 250℃)的聚合物基复合材料的典型力学性能试验矩阵见表 8。该试验矩阵可依据应用对象作改变，以评定所有的曝露状态。高温静力试验情况的温度，应低于该材料体系的湿态 Tg。
筛选试验还应包括热氧化稳定性试验(TOS)和热循环试验。TOS 测量不少于 1 000 h 热氧化后材料的质量损失;热循环试验确定不少于 500 次热循环后材料是否出现微裂纹以及裂纹的开裂速率。
表 8 高温使用聚合物基复合材料典型力学性能试验矩阵
6.1.3 材料体系液体敏感性的筛选试验矩阵
6.1.3.1 对可能曝露在有害液体环境的复合材料体系，应评定聚合物树脂体系对使用环境的适用性，评定时应考虑复合材料对液体的不同曝露程度，曝露程度分为：
a) 类别 I 为有可能储存或与材料长期接触的液体，包括发动机燃油、液压油、冷却液、发动机润滑油等;
b) 类别 II 为涂上后擦去(或蒸发)或与材料短时接触的液体，包括清洁液、洗涤液、除冰剂等。
6.1.3.2 在试验或评定材料在液体中重量损失时试样应通过浸润进行曝露，推荐采用以下评定程序：
a) 对类别 I，应将材料浸润在液体中，直到质量增加达到平衡(油箱水浸腐蚀试验除外);
b) 对类别 II，应将材料在液体中浸润 15 天，以确定最严重的影响。
6.1.3.3 应进行液体浸润后材料体系的力学性能试验和物理性能试验。力学性能试验应包括准各向同性层合板在室温和最高使用温度下的开孔压缩和纵横剪切试验。若曝露后纵横剪切模量下降 20%~ 40%，需要进一步研究，试验至少需要 5 个试样。也可采用面内剪切或短梁剪切试验进行评定。物理性能试验应包括质量变化检测，微裂纹检查(显微照相)，以及可能时表面银纹检查(扫描电子显微镜)。新树脂体系应进行关键液体长期曝露试验(类别 I)，试验应在评定过程的早期进行。
若已证实水或湿气为使材料性能退化最严重的液体，则在随后的设计试验中，可不再进行其他液体曝露试验。
对类别 II 液体，推荐采用已经使用过的树脂基体复合材料作为对照材料。
6.2 材料规范用力学性能表达
6.2.1 概述
本标准给出复合材料规范中预浸料固化后材料体系的力学性能要求。
6.2.2 要求的力学性能
复合材料规范要求的力学性能至少应包括：
a) 纵向(0˚或经向)和横向(90˚或纬向)拉伸弹性模量和强度;
b) 纵向(0˚或经向)和横向(90˚或纬向)压缩弹性模量和强度;
c) 纵横剪切弹性模量和强度;
d) 短梁剪切强度;
e) 开孔拉伸强度;
f) 开孔压缩强度;
g) 单钉双剪挤压强度。
以上性能中强度指标通常为最小平均值和最小个体值，弹性模量为平均值范围和个体值范围。
对用于易受到外来物冲击的薄蒙皮或夹层结构薄面板的复合材料体系应包括最大静压痕接触力，并给出最小平均值和最小个体值。
对用于主结构的复合材料体系应包括冲击后压缩强度。冲击能量的选择参见附录 A，并给出最小平均值和最小个体值。
6.2.3 其他力学性能
根据用户要求，还可包括下列力学性能：
a) 典型层合板的无缺口拉伸和压缩强度;
b) 典型层合板的开孔拉伸和压缩强度;
c) 典型层合板的充填孔拉伸和压缩强度;
d) 典型层合板的单剪挤压强度;
e) 典型层合板的冲击后压缩强度(多个冲击能量水平);
f) Ⅰ型层间断裂韧性;
g) Ⅱ型层间断裂韧性;
h) 典型层合板的开孔拉压(R=-1)S-N 曲线;
i) 厚度方向拉伸强度和弹性模量。
上述性能取值根据用户的要求而定。
典型铺层层合板定义见表 9，选取结构可使用铺层比例的典型值与上下限，表 9 的定义主要适用于运输机机翼蒙皮，用于其他类型飞行器结构的定义可以根据具体结构重新确定。
表 9 典型铺层层合板定义
6.2.4 试验矩阵
6.2.2 中复合材料规范要求的力学性能测试推荐的试验矩阵见表 10。
表 10 复合材料规范要求的力学性能试验矩阵
6.2.5 强度和弹性模量试验数据的统计处理
6.2.5.1 概述
材料规范中预浸料固化后材料体系的力学性能指标通常取决于最终用户，本标准给出的试验数据统计处理方法可供制定材料规范时参考。
6.2.5.2 强度性能指标的统计方法
强度性能的最小平均值 W 平均按公式(15)计算：
W平均=x _ kn1s ………………………………………………(15)
式中：
x ——由强度试验数据得到的平均值;
kn1 ——系数，参见表 G.1;
s ——由强度试验数据得到标准差。
强度性能的最小个体值 W 最小个体按公式(16)计算：
W最小个体=x _ kn 2s ………………………………………………(16)
式中：
kn2 ——系数，参见表 G.2。
6.2.5.3 弹性模量指标的确定
弹性模量指标与所用结构的重要性有关。对于弹性模量指标中的平均值范围，次承力结构取±10%~±12%，主承力结构取±5%~±7%;对于弹性模量指标中的个体值范围，次承力结构取±20%~±24%，主承力结构取±10%~±14%。
7 与结构设计有关的材料许用值
7.1 力学性能
7.1.1 典型铺层层合板力学性能
用于验证和确定适用于材料体系层合板失效准则，并建立弹性模量和强度毯式曲线的性能数据如下：
a) 典型铺层层合板 x 轴拉伸弹性模量和强度;
b) 典型铺层层合板y 轴拉伸弹性模量和强度;
c) 典型铺层层合板 x 轴压缩弹性模量和强度;
d) 典型铺层层合板y 轴压缩弹性模量和强度;
e) 典型铺层层合板 x-y 平面面内剪切弹性模量和强度;
f) 典型铺层层合板主泊松比。
x-y 坐标系为典型铺层层合板参考坐标系。以上性能数据中强度取 B-基准值，弹性模量和泊松比取平均值。
7.1.2 含缺口典型铺层层合板拉伸和压缩强度
一定程度上代表制造中允许的缺陷对材料体系拉伸和压缩强度的影响，并用于建立开孔拉伸和压缩强度毯式曲线的性能数据如下：
a) 典型铺层层合板开孔拉伸强度;
b) 典型铺层层合板开孔压缩强度。
以上性能数据取 B-基准值。
7.1.3 含冲击损伤典型铺层层合板压缩强度
典型铺层层合板冲击后压缩强度代表制造和使用过程中产生的冲击损伤对材料体系压缩强度的影响，并用于建立冲击后压缩强度的毯式曲线。冲击后压缩强度取 B-基准值(冲击能量应根据结构设计准则中的冲击损伤要求选取)。
7.1.4 典型铺层层合板挤压强度
典型铺层层合板挤压强度代表材料体系的机械连接性能，取 B-基准值。
7.2 力学性能试验矩阵
7.2.1 无缺口层合板试验矩阵
若结构的厚度范围超过了基本厚度“T1”(2 mm～6 mm)2 倍以上，则应对所有试验条件下进行 3批次第 2 种厚度“T2”层合板强度试验。若结构包含层合板的厚度变化在 4 mm 范围内，则只需一种厚度层合板的强度试验矩阵。推荐的无缺口层合板强度试验矩阵见表 11。
在按表 11 试验矩阵进行试验得到的试验数据的基础上，可通过经典层合板理论和经试验证实的失效判据，计算得到结构设计可能选用的所有铺层比例层合板的毯式曲线。
7.2.2 含孔(包括充填孔)层合板试验矩阵
结构典型铺层含孔(包括充填孔)层合板的试验数据反映材料体系对制造过程中常见缺陷的敏感性，推荐采用表 12 给出的最低限度试样数量试验矩阵。
在按表 12 试验矩阵进行试验得到的试验数据的基础上，可通过经试验证实的剩余强度估算方法，计算得到结构设计可能选用的所有铺层比例层合板的毯式曲线。
7.2.3 含冲击损伤层合板压缩强度试验矩阵
含冲击损伤层合板压缩强度试验反映材料体系对低速冲击损伤的敏感性，推荐采用表 13 最低限度试样数量的试验矩阵。
在按表 13 试验矩阵进行试验得到的试验数据的基础上，可通过经试验证实的剩余强度估算方法，计算得到结构设计可能选用的所有铺层比例的层合板毯式曲线。
表 11 无缺口层合板强度试验矩阵
表 12 含孔(包括充填孔)层合板拉伸和压缩强度试验矩阵
表 13 含冲击损伤层合板 RTD 压缩强度试验矩阵
7.2.4 机械连接挤压强度试验
7.2.4.1 试验矩阵确定原则
机械连接挤压强度试验反映材料体系的机械连接性能。试验矩阵确定原则如下：
a) 对结构铺层厚度差不大于 4 mm 的情况，可选取一种铺层厚度为主(通常取 t=3.0 mm~ 5.0 mm)，兼顾其他铺层厚度，并采用最常用的钉孔直径 D(对航空飞行器结构一般为 5 mm)对一种最常用的铺层(通常 0/±45/90 的铺层比例为 30/60/10)用 3 种厚度给出 t/D- σbru 曲线。
b) 对具有 0˚层 20%～40%、±45˚层 40%～60%的 0/±45/90 层合板族，其挤压强度通常为常数。因此仅选 2 种铺层比例，即选取结构中最典型的铺层比例 30/60/10 和 40/50/10。
c) 单剪挤压试验构型比双剪试验更能代表大多数飞机螺栓连接的实际应用情况，因此试验矩阵的
选择以单剪单钉为主，同时考虑单剪双钉、双剪和液体垫片影响的试验。
d) 对复合材料结构静强度应考虑湿热环境的影响，即考虑室温干态和高温(70℃和最高使用温度)湿态(85%RH 下平衡吸湿量)的组合两种状态的试验。
e) 对部分试验状态的试验结果进行统计处理得到 B-基准值，并认为由一种状态得到的降低系数可用于其他状态。
f) 以复合材料与复合材料连接及复合材料与金属连接结构最典型铺层(厚度 t 约为 4 mm)、孔径
D 为 5 mm 的单钉单剪试样的挤压强度作为确定机械连接设计许用值的基础，分别考虑单剪与双剪、多钉、层合板厚度、铺层比例、垫片、湿热环境、孔径和分散性等的影响，得到不同情况对应的修正系数。
g) 由试验得到的 t/D- σbru 曲线，针对实际铺层和 t/D 比值，并考虑实际连接情况对应的修正系数即可得到适用于不同铺层形式的连接挤压强度许用值。
7.2.4.2 试验矩阵
推荐的机械连接挤压强度许用值试验矩阵见表 14，表 14 中给出的试样数量为一般要求，可根据具体型号结构类型、材料种类、环境条件和研制阶段进行修改。
7.3 试验方法和试验数据的处理方法
采用的试验方法见 5.4.1，试验数据的处理方法见 5.4.2。
8 材料体系等效性评定试验数据力学性能表达
8.1 概述
当需要改变已鉴定材料体系制造的复合材料结构件的材料组分和/或工艺过程，而又不希望对该结构件进行重新设计和鉴定时，应对改变组分和/或工艺后的新材料体系，进行与原鉴定材料体系的材料等效性评定，以确保新材料与原鉴定材料等效的性能。而对组分和/或工艺有重大变化的材料体系，则应进行材料体系鉴定，以及通过材料体系等效性评定后，再对用新材料体系制造的结构件进行适当的验证试验，以满足结构完整性要求。
表 14 机械连接挤压强度许用值试验矩阵
表 14 机械连接挤压强度许用值试验矩阵(续)
8.2 材料体系等效性评定
8.2.1 材料体系变化的内容
有下列情况中的任一种变化均为材料体系的变化：
a) 树脂或纤维中的一种或二者发生变化(包括只有上浆剂或表面处理变化)。
b) 基本组分相同，但有如下变化;
——预浸工艺(如溶液浸渍到热熔涂层);
——具有同一纤维单位面积重量的丝束尺寸(3k，6k，12k);
——同一供应商的预浸设备;
——同一材料的供应商(取得许可证的供应商);
——其他。
c) 材料体系不变，但工艺流程进行了可能影响复合材料体系最终力学性能的修改，修改的内容包括：
——固化历程;
——模具;
——铺贴方法;
——铺放间的环境参数。
其中 a)为替代材料体系的变化，属重大的变化;b)和 c)属同一材料体系的变化。
8.2.2 材料体系等效性的适用范围
8.2.2.1 替代材料体系变化的等效性
替代材料体系变化等效性评定的前提条件为，替代材料体系已满足了材料规范和工艺规范的要求，并完成了鉴定程序，证明其与原用材料体系等效。替代材料体系发生的变化包括：
a) 改变纤维;
b) 改变树脂;
c) 改变机织物的类型;
d) 改变纤维的丝束尺寸;
e) 改变上浆剂或耦合剂的类型。
8.2.2.2 同一材料体系变化的等效性
对材料批次的鉴定与验收，应说明该批次性能与已获鉴定数据库的性能等效，即该批次数据满足材料规范验收标准。同一材料体系变化的等效性评定适用于以下特殊类型的变更：
a) 材料供应商更改原材料体系的生产工艺;
b) 复合材料结构制造商使用由另一机构建立的公共数据库进行设计，该制造商已证实其获得相同材料性能的生产方法的等效性;
c) 对已建立材料性能数据库、规范值和基准值的复合材料部件， 制造商更改生产地点或生产工艺而不重建性能数据库;
d) 由不同复合材料部件制造商，用一个与原制造工艺相当的制造工艺，制造的同一种材料，而不重建性能数据库。
上述所提及的变更满足以下的限制：
a) 所有关键的预浸料组分和/或组分制造工艺应保持不变。
b) 用于制造原始和后来材料体系的制造工艺中，所有关键步骤应等效。任何有可能降低后来材料体系性能、使其低于原始合格鉴定材料体系性能的信息， 均不允许包括在后来材料体系的制造工艺中。
在材料体系等效的所有情况下，应有原用材料体系力学性能的原始鉴定数据库。
8.2.3 材料体系等效性评定方法
8.2.3.1 材料体系等效性评定工作要点
材料体系等效性评定工作要点为：
a) 根据结构的重要性，确定与等效性相关的材料性能关键参数，并说明原因;
b) 确定等效性判据，包括材料及与结构制造、使用性能密切相关参数的等效性要求;
c) 合理确定等效性评价指标，如弹性模量、密度、纤维/树脂含量和固化单层厚度等参数应控制在合理的范围内;
d) 对每一参数，确定适用的试验项目、测量方法或评定方法;
e) 进行综合评价，给出等效性结论。
8.2.3.2 材料体系兼容性
材料体系变化的兼容性判据见表 15，同一材料体系变化的兼容性等级均为 A，替代材料体系变化的兼容性等级则根据变化的程度为从 B 到 F。对表 15 中没有包括的情况，应按与其相应的兼容性程度进行评定。
表 15 材料体系变化的兼容性判据
8.2.3.3 等效性试验矩阵
8.2.3.3.1 单层级试验矩阵
推荐的单向带和织物材料所需力学性能试验和试样数量分别见表 16 和表 17。进行等效性试验时，应采用确定原用材料体系基准值试验时使用的相同试验方法，并进行适当的统计分析，评估试验结果和评价等效性。
表 16 单层级(单向带)试验要求
表 16 单层级(单向带)试验要求(续)
表 17 单层级(织物)试验要求
8.2.3.3.2 层合板试验矩阵
替代材料体系应进行层合板力学性能试验，以确认关键设计参数相关性能的基准值，推荐进行的力学性能试验项目见表 18，详细的试样数量见表 19。
表 18 层合板力学性能试验的项目
表 19 层合板力学性能试验试样数量
表 19 层合板力学性能试验试样数量(续)
8.2.3.3.3 验证试验矩阵
纤维、树脂和预浸料变化的试验类型和试样批次数要求分别见表 20～表 22，每个表的左边一列为变化描述，表示可能进行的修改。具体的描述见表 23～表 27。
表 20 与纤维变化有关的验证试验要求
表 21 与树脂配方变化有关的验证试验要求
表 22 与预浸料变化有关的验证试验要求
表 23 纤维试验矩阵
表 24 树脂试验矩阵
表 25 预浸料物理性能试验
表 26 预浸料工艺性试验
表 27 力学性能验证试验
8.3 材料体系等效性评定试验的统计检验
8.3.1 概述
将变化后材料体系等效性评定试验数据与原始材料体系鉴定数据库进行比较，强度性能的试验统计拒绝低的平均值或低的最小个体值，具体的统计处理方法见 6.2.5.2。弹性模量需要其平均值落在一个可接受的范围内。对于强度性能的比较，至少需要 8 个试样(通常是从每个工艺循环各取 4 个)。对于模量的比较，至少需要 4 个试样(通常是从每个处理循环各取两个)。统计检验的例子参见附录 F。
8.3.2 强度性能评价的统计方法
变化后材料体系等效性评定试验得到的强度性能平均值应不小于 W 平均 ，W 平均按公式(15)计算，公式中的平均值x 和标准差 s 取自原始材料体系鉴定数据库。
变化后材料体系等效性评定试验得到的强度性能最小个体值应不小于 W 最小个体，W 最小个体 的按公式(16)计算，公式中的平均值x 和标准差 s 取自原始材料体系鉴定数据库。
8.3.3 对弹性模量评价的统计方法
一般原始材料体系鉴定数据库样本大小 n1 与等效评定试验数据样本大小 n2 不同，S1 和 S2 分别对应原始材料体系鉴定数据与变化后材料体系等效评定数据的标准差，合并后的标准差 Sp 为公共母体标准差的估计值，Sp 按公式(17)计算：
Sp
式中：
n1 ——原始材料体系鉴定数据库样本大小;
S1 ——原始材料体系鉴定数据的标准差;
n2 ——等效评定试验数据样本大小;
S2 ——变化后材料体系等效评定数据的标准差。
检验统计量 t0 按公式(18)计算：
式中：
x1 ——原始材料体系鉴定数据平均值;
x2 ——变化后材料体系等效性评定数据的平均值。
t-检验等效的标准为：- tα/2,n 1+n 2 - 2
tα/2,n 1+n 2 - 2 可由表 G.3 查得，α 为错判风险。对等效性检验， 一般设置 α 为 0.05 或 5%。允许对每个性能进行一次重新检验，则 α 降为 0.025 或 2.5%。若在 t-检验时遇到困难，则与原始材料体系平均值的变异允许在±5%~±7%内。
附 录 A
(资料性附录)
冲击能量的确定方法
A.1 概述
通常采用 150 mm ×100 mm 的矩形试样，试样铺层为准各向同性(即[45/0/-45/90]ns)，目标厚度为 4 mm。使用直径 16 mm 的钢制半球形冲击头引入损伤。
A.2 冲击能量的确定
A.2.1 确定冲击能量与凹坑深度曲线
A.2.1.1 用 50 J 能量对第 1 个试样进行冲击，测量得到的凹坑深度。根据以下情况确定使用的冲击能量：
a) 若凹坑深度大于 1 mm，则用 10，15，20，25，30 和 40 J 能量各冲击 1 个试样;
b) 若凹坑深度小于 1 mm，则用 20，25，30，40，60 和 70 J 能量各冲击 1 个试样。
A.2.1.2 根据 A.2.1.1 得到的数据，绘制冲击能量与凹坑深度的曲线。
A.2.2 确定凹坑深度为 1 mm 时的冲击能量
在冲击能量与凹坑深度的曲线上，用内插的方法得到对应于 1 mm 凹坑深度时的冲击能量。 A.2.3 后续的损伤引入
用得到的对应于 1 mm 凹坑深度所需能量对 3 个试样进行冲击。
附 录 B
(资料性附录)
复合材料性能测试部分试验方法标准目录
B.1 概述
本附录给出的试验方法标准除少量国内标准外，主要为 ASTM D 30 委员会制定的试验方法标准。
B.2 力学性能试验方法标准
B.2.1 拉伸
拉伸性能测试可采用下列标准：
——GB/T 3354 定向纤维增强聚合物基复合材料拉伸性能试验方法;
——ASTM D 3039 聚合物基复合材料拉伸性能标准试验方法。
B.2.2 压缩
B.2.2.1 0˚单向层合板压缩
0˚单向层合板压缩性能测试可采用 SACMA SRM 6 定向正交铺层纤维-树脂复合材料压缩性能的
SACMA 推荐试验方法。
B.2.2.2 其他铺层层合板压缩
其他铺层层合板压缩压缩性能测试可采用下列标准：
——ASTM D 6641 用复合加载压缩(CLC)试验夹具确定聚合物基复合材料压缩性能的标准试验方法;
——SACMA SRM 1R 定向纤维-树脂复合材料压缩性能的 SACMA 推荐试验方法。
B.2.3 剪切
B.2.3.1 纵横(面内)剪切
B.2.3.1.1 单向带层合板和经纬向比例相同的机织物层合板纵横(面内)剪切性能测试可采用下列标准：
——GB/T 3355 聚合物基复合材料层合板纵横剪切强度试验方法;
——ASTM D 3518 由±45˚层合板拉伸确定聚合物基复合材料面内剪切响应的标准试验方法;
——ASTM D 5379 由 V 型缺口梁方法确定复合材料剪切性能的标准试验方法。
B.2.3.1.2 经纬向比例不同的机织物层合板和其他多向层合板纵横(面内)剪切可采用 ASTM D 7078由 V 型轨道剪切方法确定复合材料剪切性能的标准试验方法。
B.2.3.2 层间剪切
层间剪切性能测试可采用 ASTM D 5379 由 V 型缺口梁方法确定复合材料剪切性能的标准试验方法。
B.2.3.3 短梁剪切
短梁剪切性能测试可采用 ASTM D 2344 聚合物基复合材料及其层合板短梁强度标准试验方法。
B.2.4 开孔拉伸强度
开孔拉伸强度性能测试可采用 ASTM D 5766 聚合物基复合材料层合板开孔拉伸强度的标准试验方法。
B.2.5 开孔压缩强度
开孔压缩强度性能测试可采用 ASTM D 6484 聚合物基复合材料层合板开孔拉伸强度的标准试验方法。
B.2.6 充填孔拉伸和压缩强度
充填孔拉伸和压缩强度性能测试可采用 ASTM D 6742 聚合物基复合材料层合板充填孔拉伸和压缩标准试验方法。
B.2.7 挤压性能
挤压性能测试可采用 ASTM D 5961 聚合物基复合材料层合板挤压响应的标准试验方法。
B.2.8 纺织复合材料力学性能
纺织复合材料力学性能测试可采用 ASTM D 6856 对纺织复合材料进行试验的标准指南。
B.2.9 缠绕复合材料力学性能
缠绕复合材料力学性能测试可采用下列标准：
——ASTM D 5448 环向缠绕聚合物基复合材料圆筒面内剪切性能的标准试验方法;
——ASTM D 5449 环向缠绕聚合物基复合材料圆筒横向压缩性能的标准试验方法;
——ASTM D 5450 环向缠绕聚合物基复合材料圆筒横向拉伸性能的标准试验方法。
B.2.10 冲击后压缩强度
冲击后压缩强度性能测试可采用下列标准：
——ASTM D 7136 测量纤维增强聚合物基复合材料对落锤冲击事件的损伤阻抗的标准试验方法;
——ASTM D 7137 含损伤聚合物基复合材料板压缩剩余强度性能的标准试验方法。
B.2.11 静压痕
静压痕测试可采用 ASTM D 6264 测量聚合物基复合材料对集中准静态压痕力损伤阻抗的标准试验方法。
B.2.12 弯曲性能
弯曲性能性能测试可采用下列标准：
——GB/T 3356 定向纤维增强聚合物基复合材料弯曲性能试验方法;
——ASTM D 7264 聚合物基复合材料弯曲性能的标准试验方法。
B.3 相关的其他标准
B.3.1 试样状态调节
试样状态调节可采用 ASTM D 5229 聚合物基复合材料吸湿性能和平衡浸润的标准试验方法。
B.3.2 玻璃化转变温度
玻璃化转变温度的测量可采用 ASTM D 7028 用动态力学分析(DMA)方法测量聚合物基复合材料玻璃化转变温度(DMA Tg)的标准试验方法。
B.3.3 其他
其他相关标准参见表 B.1。
表 B.1 复合材料性能测试其他相关标准
表 B.1 复合材料性能测试其他相关标准(续)
附 录 C
(资料性附录)
材料最高使用温度(MOL)确定方法
C.1 概述
在给定的吸湿量下(见图 C.1)，随着温度的增加聚合物基复合材料将出现力学性能的退化，直到某个温度时出现急剧的力学性能下降，并在超出该温度后这种下降变得不可逆。力学性能开始急剧下降的温度规定为“特征温度”，即材料最高使用温度(MOL)。确定 MOL 可保障材料在服役中不会因温度略有增加而引起强度或刚度的骤然下降。
C.2 确定方法
确定 MOL 的方法为由玻璃化转变温度 Tg 测量值预计 MOL 值，再用力学性能试验数据对其进行验证或修正。具体方法如下：
a) 用由 DMA(动态力学分析法)确定的湿态(通常取 85%RH 下的平衡吸湿量)玻璃化转变温度(Tg)，减掉某个温度裕度 ΔT。对于环氧树脂基体的复合材料，通常取 30℃作为温度裕度。
b) 用与基体有关力学性能(在适当的湿态情况下)随温度而变化的行为评定所确定 MOL 的合理性，如图 C.2 所示，通常采用纵横剪切模量和准各向同性板的开孔压缩强度;所选性能随温度变化的趋势曲线一般取 4 个或 5 个温度的数据绘出。
图 C.2 为用力学性能试验数据验证由 Tg 数据所确定的 MOL 时可能出现的 3 种情况。图 C.2 a)为力学性能试验数据支持所选取的 MOL。图 C.2 b)为力学性能试验数据表明所选取的 MOL 保守。
图 C.2 c)为力学性能试验数据不支持所选取的 MOL，应选取较低的 MOL 值。
也可采用直接由力学性能-温度曲线试验数据确定 MOL 的方法，选取性能偏离线性达到给定百分数时所对应的温度值。
温度
a) 温度和湿度对与基体相关的破坏应变的影响
图 C.1 材料玻璃化转变温度(湿态)与最高使用温度确定方法示意图
b) 材料最高使用温度与设计许用应力的关系
图 C.1 材料玻璃化转变温度(湿态)与最高使用温度确定方法示意图(续)
a) 力学性能试验数据支持所选取的 MOL
b) 力学性能试验数据表明所选取的 MOL 保守
图 C.2 所选 MOL 的力学性能试验数据验证
c) 力学性能试验数据不支持所选取的 MOL
图 C.2 所选 MOL 的力学性能试验数据验证(续)
附 录 D (规范性附录)数据统计方法
D.1 概述
本附录规定了统计处理计算程序涉及的统计方法。
D.2 B-基准值计算中采用的数据统计方法
D.2.1 批次相容性的 k 样本 Anderson-Darling 检验
k 样本 Anderson-Darling 检验，是检验从中抽取两组或多组数据(批次)母体为相同假设的非参数统计方法。该检验要求各组数据为来自某一母体的独立随机样本。
令 xij 是第 i 组(批)(i =1，2，… , k)的第j 个观测值(数据) (j =1，2，… , ni)，k 为总批次数，ni为第 i 批中总的观测值数。总的观测值数为 n =n1 +n2 +…+nk。合并数据集中不同的数值， 按从小到大排序为 z (1) ，z (2) ，… , z (L)，当存在相同值时 L 将小于 n。
k 样本 Anderson-Darling 统计量 ADK 按公式(D.1)计算：
ADKhj 式中：
hj ——合并样本中等于 z (j)值的个数;
Fij——第 i 组中小于 z (j)值的个数加上该组中等于 z (j)值的个数的一半;
Hj——合并样本中小于 z (j)值的个数加上合并样本中等于 z (j)值的个数的一半。
在母体间无差异的假设下，ADK 的均值近似为 1，其方差可按公式(D.2)～公式(D.9)计算：
a=(4g _ 6)(k _ 1)+(10 _ 6g)S ……………………………………(D.3)
b=(2g _ 4)k 2+8Tk+(2g _ 14T _ 4)S _ 8T+4g _ 6 …………………………(D.4) c=(6T+2g _ 2)k2+(4T _ 4g+6)k+(2T _ 6)S+4T ………………………(D.5)
d=(2T+6)k 2 _ 4Tk ……………………………………………(D.6) S …………………………………………………(D.7) T …………………………………………………(D.8)
g 临界值ADC 按公式(D.10)计算：
ADC=1+ σn 小于检验统计量 ADK 时，可以断定(具有 5%错判风险)各组为从不同母体中抽取。否则，各组选
自同一母体的假设成立。
可按公式(D.11)计算得到不同 α 水平的临界值 ADC：
ADC=1+ σn
式中：
b0 ，b1 ，b2 ——α 水平的常数，可从表 D.1 中选择。
表 D.1 α 水平的常数
D.2.2 异常数据检查
得到了每种试验条件下的强度数据后，应检查其有无异常数据，以排除异常数据值对统计分析的影响。可采用数据图用目视方法进行检查， 也可用定量方法进行检查。应同时对(按环境)分组的原始数据和对正则化后集合的数据集进行异常数据的检查。
一般采用最大赋范残差法(Maximum Normed Residual)检测异常数据。检查方法为：最大赋范残差法检测认为，与样本的标准差相比，若一个值的绝对偏差较大并非出于偶然时，则该值为异常值。该方法每次只能从一个选定的数据组或子集中检出一个异常数据，当检出了一个异常数据时，应处置该数据，并重新进行分析以检查另外的异常数据。
令 x1,x2,…xn 表示规模为 n 的样本中的数据值，并令x 和 s 为先前在正态分布中定义的样本平均值和标准差。最大赋范残差法统计， 等于对样本平均值的最大绝对偏差除以样本的偏差，即最大赋范残差MNR 按公式(D.12)计算：
MNR
将计算得到的 MNR 值和该样本尺寸 n 的临界值(参见表 G.4)相比较。若计算的 MNR 值小于临界值，则在该样本中未检出异常数据。若计算的 MNR 大于临界值，则认为与xi _ x 最大值相应的数据为一个异常数据。若检出了一个异常数据，则应按 5.4.2.1 中的方法，对此异常数据的处理。
D.2.3 正态性检验
采用正态分布的 Aderson-Darling 检验方法，确定给定样本数据是否来自正态分布的总体。正态分布的 Anderson-Darling 统计量 AD 按公式(D.13)和公式(D.14)计算：
AD _ n ………………&hell
