先进复合材料挖补修理技术的研究进展

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1、。。丛。Q；!：；；。。。。。。．：il：!：!：．：li!星先进复合材料挖补修理技术的研究进展ResearchProgressofCompositesScarfRepair北京航空航天大学航空科学与工程学院高宇剑程小全高字剑北京航空航天大学飞行器设计专业硕士研究生．研究方向为复合材料结构修理技术。复合材料凭借众多优点在航空业得已到了广泛应用。最新的大型客机，如波音787的复合材料用量已经达到50％；空客A350XWB的复合材料用量将会达到52％；现代军用直升机和小型飞机的机体为了减重，采用全复合材料结构。复合材料结构在制造

2、、安装、使用过程中可能会出现各种不同程度的损伤，例如在安装过程中工具坠落造成的冲击损伤：战场中枪弹造成穿透损伤；飞行过胶接修理作为修理复合材料损伤的一种主要手段，可分为贴补修理和挖补修理。挖补修理因其修理后强度高。能够保持原有结构气动外形等优点。在飞机结构的修理中被广泛应用。程中的鸟撞损伤、雷击损伤。胶接修理作为修理复合材料损伤的一种主要手段，可分为贴补修理和挖补修理。挖补修理因其修理后强度高，能够保持原有结构气动外形等优点，在飞机结构的修理中有广阔的发展前景。挖补修理的材料和设备根据修理所用材料的不同，复合材料挖补修理分为

3、预浸料(Prepreg)修理、预固化片(Preeured)修理和湿铺层(Wet—layup)修理3种修理工艺。需要注意的是，除非在修理时确有需要，否则很少采用预固化补片的工艺来修理。这是因为采用预固化片修理虽然省去了铺贴修理层的工序、节省了时间，但是在胶接时，胶接面处容易出现胶层厚度不一致，胶层中以及胶接面出现孔隙等问题，严重影响胶接质量以及修理结构的强度。胶粘剂(Adhesive)是修理中另一个重要材料，通常飞机结构维修中使用的胶粘剂都以胶膜(Adhesivefilm)的形式提供。胶粘剂的主要成分为：合成树脂以及稀释剂、固

4、化剂等多种添加剂。胶粘剂的成分对胶接性能起决定性作用。不同成分的胶粘剂的固化、使用条件各不相同，其剪切强度、模量等力学性能也不同；即使是同种树脂的胶粘剂，其添加剂不同，也会造成胶接性能的差别。因此维修中针对不同胶接物的结构承载状况，采用相匹配的胶粘剂对胶接修理至关重要。挖补修理的设备主要有：材料贮存设备(冰箱)、加热设备(电热毯、烘箱)、抽真空设备(真空袋)、切割设备(铣刀、打磨器)。由于飞机客户对效率、成本的要求，现场，前线快速修理技术的迅速发展。很多国外复合材料维修公司(如WichiTeeh、2011年第20期·航空制造

5、技术97．．2i!：!：：!：．：lli!星。。。。。；l：；；!。。。I。。HEATCON)都开发了便携式的胶接维修系统(HotBondSystem)。挖补修理的步骤复合材料挖补修理的步骤和其他复合材料胶接修理的基本步骤相同，主要包括以下7点：(1)利用目视、敲击和超声波无损检测等方法确定损伤程度和范同；(2)清除损坏材料、斜坡打磨或阶梯打磨挖补角；(3)使用丙酮、甲基异丁基甲酮(MIBK)等有机溶剂清洁胶接面；(4)铺设修理层(湿铺层和预浸料修理)或放置补片(预固化修理)，保证胶层厚度一致，胶接连续；(5)加热毯、真空袋

6、等固化设备的封装，按照修理同化条件和时间进行固化；(6)拆除封装材料，对修理表面打磨修整；(7)对修理情况进行检查评估。挖补修理的试验研究复合材料挖补修理的研究，根据表1不同搏补参数和所对应的试件最终强度试件材料搀朴用慵羼暖序下爰面露平均i薹匿醋散度编号，(o'直鞋矗盂7蛆Ph，％AT30叫Y9200G6【±451901021±45／01_：2030575BT3(删NY92叭)C6『±45／90／0J±45／0

7、、1【)3192It：1300，NY921)0C6I±45／9010,／±452，fJk202936．2Dr300

8、，NY9200‘；6I±45／90／0、／±45二，0k10294Il8E”()0Sc，NY9200GA6I±45／90／0、／±45doJ；203485．7F”00SC／NY92tX)(：^10【±45／90／0,／±452／0k2()4345．2在综合考虑各因素的影响程度和范围，能够对挖补修理方法进行最优化设计，提高修理效率和修理强度。试验研究的一般步骤为：首先在试验机上等速加载修理试件，观察其破坏路径并记录位移一载荷曲线、破坏强度；其次对破坏的试件进行失效分析，一般包括挖补截面的金相分析和断口扫描电镜(SEM)观察；最

9、后利用这些失效分析图1挖补修理层合板的修理参数方法可以分为试验研究和数值研究。研究的对象包括修理结构的应力分布、胶层的破坏模式，以及修理后强度。如图1所示，挖补修理层合板的最终强度与挖补角、胶层厚度、挖}L直径以及层合板的铺层顺序等多个因素有关。为了研究不同因素对挖补修理的影响，可以改变挖