復合材料結構設計應遵循以下一般原則。

(1)綜合考慮性能、工藝、成本、使用經驗等多方面因素，合理選材。

(2)所采用的復合材料結構件應能體現發揮復合材料的特點和優點。如壁板、梁、肋宜采用復合材料,而翼面主接頭一般不宜或慎重考慮采用復合材料。

(3)根據設計經驗和試驗結果,考慮濕熱環境因素和目視勉強可檢沖擊損傷后，確定合適的設計許用應變水平。

(4)一般按設計許用值設計結構時，遵循使用載荷設計、設計載荷校核的原則。按其他方法設計時,應保證結構在使用載荷下有足夠的強度和剛度,設計載荷下安全裕度應大于零。設計所用彈性模量取設計所對應濕度區間的試驗結果平均值。對于有特殊要求的部位,如連接、開口、金屬/復合材料混合使用結構部位,應根據結構實際情況，并附以試驗來確定設計原則。

(5)細節設計的重點是避免或減少層合板結構承受面外載荷、剛度突變、應力集中、大開口、傳力不連續等直接影響復合材料強度、剛度、疲勞壽命的關鍵部位。

(6)結構的工藝性、可修理性、可更換性在初步設計階段就應予以考慮。

(7)在初步設計階段應考慮避免因選材和設計不當而導致過高制造成本和維修更換成本。

(8)結構的特殊性能要求應穩妥可靠,如電磁性能、阻燃防毒性能、雷擊防護措施等。

結構的工藝性是結構的基本屬性之一，從根本上講,結構的工藝性是結構設計所賦予的,結構工藝性的好壞是評價結構設計優劣的重要標準。

經驗表明,結構總體方案設計和初步設計階段貫徹工藝性要求所獲得的效果,大約相當于設計生產全過程中保證工藝性措施所獲得效果的70%，詳細設計階段所獲得的效果約占總效果的20% ~ 25% ,設計圖樣發出后生產部門]進行工藝性改進,其潛力僅占5%~ 10%。所以,在結構設計特別是總體設計和初步設計階段，對所設計結構的工藝性進行分析研究,認真貫徹工藝性要求,是極其必要的。在設計階段，應始終考慮的問題是:

(1)使用較便宜的材料;

(2)簡化設計、優化設計,排除難以制造或制造費用昂貴的設計特征,盡量采用更多的整體結構,減少零件和裝配,結構的鋪疊過程盡量能采用自動化設備;

(3)采用簡單有效的工裝、多功能夾具、通用設備;

(4)設計中給出結構有效的檢查方法;

(5)在質量和工藝之間進行協調,通過分析和試驗制訂現實有效的質量檢查技術要求，允許有缺陷及返修后結構的使用,使產品報廢率降到低。

產品結構的總體設計、初步設計和詳細設計(包括鋪層設計)對結構工藝性有著決定性的影響。在結構設計的全過程均需考慮結構的工藝性問題。在產品結構的總體設計和初步設計階段,一般考慮以下幾方面的工藝性問題。

(1 )選擇合理的產品外形

產品外形對結構的工藝性影響很大,既要滿足使用要求,又要有利于結構工藝性。外形選擇盡可能減少工裝、下料和裝配,簡化模具，有利于自動化生產。一般盡量選擇平面、圓柱形、旋轉體等規則外形。

(2)選擇合理的分離面

好的分離面設計有利于提高產品的裝配工藝性。產品的分離面一般分為使用分離面(或設計分離面)和工藝分離面。使用分離面是按使用要求為維護、裝拆設備和運輸方便而設計的分離面,其必須是可拆卸的。使用分離面不宜過多,否則會造成結構重量的增加。圖5-1為A380飛機的使用分離面。

工藝分離面是根據批產量、批量的要求,按照產品各部件能單獨或并行制造而布置的分離面。圖5-2為A380 飛機的工藝分離面。

一般按下列原則布置工藝分離面:

a.便于分段裝配，盡可能實現壁板化，以便并行作業和采取機械化、自動化裝配技術;

b.將需要特殊加工、裝配安裝周期較長的結構劃分為單獨的組件;

c.選擇不同材料結構的交界處(如金屬結構和非金屬結構之間)作為結構的工藝分離面;

d.有時也可選擇承力結構和非承力結構之間作為工藝分離面;

e.亦可選擇簡單結構和復雜結構之間作為工藝分離面;

f.工藝分離面應盡可能選取在單曲度外形和雙曲度外形的轉變處或外形急劇變化處。

圖5-3為A380 飛機部件從工藝分離面裝配到使用分離面的過程。

(3)選擇合理的連接方法

選擇合理的連接是提高工藝性的重要途徑。復合材料結構零件的連接應根據設計要求和材料的性能來選擇鉚接、螺接和膠結。如圖5-4為波音787復合材料機身蒙皮、 長桁、框和豎梁的鉚接與膠結。部件之間的連接在滿足結構完整性要求的前提下盡可能做到:

a.無需或盡可能采用簡單的夾具,來確定部件的相互位置并滿足公差要求;

b.無需部件之間的過渡或過渡區便于修正加工;

c.有通暢的施工通道;

d.互換性好,裝卸方便。

(4)提高結構的整體性

減少連接件、裝配件的數量,節省連接、裝配工作量,是提高結構工藝性的有效措施。圖5-5為A380 飛機復合材料水平尾翼整體壁板。圖5-6為波音787全復合材料機身前段、中段和后段,提高了機身結構的整體性之后，大大地減少了連接件、減少了裝配工時。

(5)結構的繼承性和規格化

在系列化產品中，采用已有產品的成熟的部件、組合件、零件圖樣;在新產品開發中，盡可能使部件、組合件、零件規格化(設計成圖樣圖號完全相同)，減少生產準備、工藝試驗量,縮短試制周期;盡可能減少非標準件的使用等是提高結構工藝性的重要措施。

(6)應用設計補償和工藝補償。為了有利于保證設計分離面的互換性和工藝分離面的協調性,在設計分離面處的結構時可考慮應用設計補償和工藝補償措施。

在結構的詳細設計階段,應從以下幾方面考慮工藝性問題。

(1)對于外形復雜的結構,在外形變化區應采用光滑過渡，用織物代替無緯布以減少外形變化區內的纖維間劈裂。結構零件的拐角應具有較大的圓角半徑，以避免在拐角處出現纖維斷裂、富脂、纖維架橋等缺陷。圖5-7為機翼 上具有圓角半徑彎邊的復合材料翼肋。

(2)在鋪層設計中應考慮到，由于不同鋪層角的鋪層之間，在給定方向上存在剛度特性和膨脹特性上的差異,但存在鋪層不對稱、裝配不對稱或同一鋪層角的單向帶集中過多時，會引起翹曲變形甚至分層。

(3)在熱壓罐尺寸和工藝允許的情況下，盡量設計成整體件并采用共固化或二次固化、二次膠接工藝成形,以減少組裝工作量。

(4)對有表面質量要求的結構表面，應作為貼模面。當該表面不能作貼模面時,結構設計布置應當考慮加勻壓板以提高表面質量。

(5)對于制件壁厚大于7.5mm的結構，應選用零吸膠的預浸料制造工藝，也可采用多次預吸膠工藝。

(6)對具有封閉內腔需要用氣囊加壓的結構，應在受力較小的部位留出合適的工藝孔。

(7)為保證鉆孔質量，在孔的鉆出一側，應鋪一層織物或玻璃布。