曾浩阳
深圳航空有限责任公司维修工程部 广东 深圳 518000
摘要：近几年，复合材料逐渐为人们所熟知，与其相关的研究也变得更加具体和深入。文章以复合材料为研究对象，先简单地介绍了复合材料结构常见的损伤形式，随后结合实际案例，围绕结构损伤的修补展开了研究，内容涉及修补原则、修补技术等方面，供相关人员参考。
关键词：复合材料结构；结构损伤；损伤修补
前言：在耐腐蚀性、可设计性等方面具有突出表现的复合材料，现已在包括航空在内的诸多领域中，得到了广泛应用，所取得效果也十分突出，虽然复合材料出现腐蚀、开裂等情况的几率较低，但是，在实际应用的过程中，受到外界因素影响而导致结构出现损伤的情况始终存在，本文所研究课题的现实意义不言而喻。
1复合材料结构损伤形式
在使用过程中，复合材料结构出现损伤的情况无法避免，常见损伤形式包括：其一，外来物冲击、高能量冲击带来的穿透损伤，还有难以通过目视进行检测的低能量冲击带来的损伤；其二，面板和蜂窝芯分层、层压板分层等分层损伤；其三，面板和蜂窝芯脱胶、层压板脱胶、胶接面脱胶等脱胶损伤；其四，以疲劳裂纹为代表的慢性长期损伤；其五，吸潮、渗水损伤。
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2复合材料结构损伤修补
2.1案例分析
修补某复合材料结构损伤的步骤如下：首先，判断损伤处，标明需要切除的位置和坐标；其次，利用金刚石进行掏芯，确定盲孔位置及深度，将计算结果减去0.12mm，获得实际深度，如果相关人员在实践中发现掏盲孔难度较大，则可以视情况对掏芯钻头加以运用，尽快确定盲孔的位置；再次，修补损伤处，将胶膜、挡板和预浸料置于损伤处，参考损坏处特征，调整预浸圈，此次修补所采用补片的纤维方向为-45°，直径为65mm；最后，在室温环境下，通过真空抽取的方式，使修补处成型，完成损伤修补工作[1]。
2.2修补原则
复合材料结构修补所遵循原则，可以被归纳为以下五个方面：第一，在修补过程中，预留为后期检查、加工等工作开展提供便利的修补通道；第二，重新设计频繁出现损伤的位置，例如，用可替换、可拆卸零件，对原有零件进行替代；第三，对损伤处修补余量加以考虑，例如，扩孔余量；第四，在条件允许的情况下，可以选择对组合构件加以应用，目的是降低损伤修补的难度；第五，尽量减少修补所需拆卸零件的数量，严格控制安装需要花费的时间，提高修补效率。
2.3修补技术
2.3.1胶接修补技术
胶接修补技术是指通过将补片固定在损伤处的方式，达到恢复功能效果的技术，另外，胶接法还能赋予损伤处良好的调节性，可视情况对其进行切除或填充。目前，运用频率较高的胶接修补技术，包括挖补、贴补等。
先说挖补法，挖补法需要先清除损伤结构，再利用新材料对其进行修补，修补方法分为阶梯法、斜接法，二者效果相当，视情况选择并应用即可，相较于贴补法来说，挖补法的优势，主要是效果明显、适用性广，但是工艺较为复杂，对设备和人员具有很高的要求。阶梯法是指按特定角度，将损伤处加工成阶梯状，对新材料进行填补的方法，虽然阶梯法的难度较大，需要在专业工具的辅助下完成，但是，经过阶梯法修补的复合材料结构，往往具有更加良好的性能；斜接法是指按特定角度，将损伤处挖成倾斜的表面，对新材料进行填补的方法，该法常被用来对较厚的层压板进行修补，这是因为均匀分布的胶接面，很好地解决了应力集中的问题，斜接法的优势包括修补效果好、结构表面光滑等，但同时也存在一定的不足，例如，施工困难，无法快速完成修补，需要引起相关人员注意[2]。
再说贴补法，贴补法是指借助胶接的方式，在结构上对修补材料贴片进行粘贴，进而达到恢复刚度和强度效果的方法，常见的贴片材料包括金属材料、复合材料等，一般来说，金属材料可以被用来对复合材料结构进行修补，而复合材料则不可以被用来对金属材料进行修补。该法的优势，主要体现在以下方面：第一，补片便于制作；第二，施工方便；第三，修补效果较好。但是，在对其加以应用的过程中，相关人员应尽量避免应力集中的情况出现，因为应力集中极易导致修补失效。
2.3.2机械连接技术
此类技术所依托的基础为铆接或连接，一般来说，就是利用铆钉或螺栓，将补片固定在损伤处，使损伤处载荷传递路线的功能得以恢复，其优点和不足，同样十分明显，优点包括操作简单、对设备要求低、修补性能可靠，不足则体现在连接孔应力集中的方面。另外，在对此类技术加以应用的过程中，还有以下内容需要引起重视：第一，补片的薄厚、形态和材质，常见的补片材质分为铝合金、钦合金等；第二，紧固件类型、材质和位置，一般来说，紧固件的间距以4D~5D为最佳，孔边距多为3D；第三，打孔技术是否科学；第四，紧固件的配置、安装和保存。
2.3.3其他修补技术
由于本身材质及运用区域具有特殊性，因此，复合材料结构损伤程度，通常不同于普通金属材料，常规修补技术并不能高效完成对结构损伤进行修补的工作，除上文中提及的修补技术外，近几年，随着工业的发展，逐渐出现了更多的修补技术，例如，微波修补、光固化修补等，这些修补技术的修补效率普遍较高，可视情况对其加以运用，其中，微波修补的原理为“胶接”，具体来说，就是将微波吸收剂置于损伤处，通过强化磁导率、导入微波的方式，在较短时间内，产生高强度的全新修复面，从而达到损伤修补的效果。
结论：综上所述，受工艺、材质等因素影响，复合材料结构会不可避免的出现损伤，进而给设备安全性带来影响，由此可见，对损伤处进行修补很有必要。在实际工作中，相关人员应结合实际情况，选择使用的修补技术，保证修补效果达到预期。希望本文的内容能够在某些方面给人以启发，为工作的顺利进行提供帮助。
参考文献：
[1]韩允,刘元海,肖晓晖.复合材料胶接修补结构有限元分析方法研究[J].直升机技术,2016(03):32-35.
[2]刘斌,徐绯,司源,等.飞机用复合材料斜胶接修补结构的冲击损伤[J].复合材料学报,2018,35(10):2698-2705.
论文作者:曾浩阳
论文发表刊物:《科技新时代》2019年11期
论文发表时间:2020/1/8
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