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先辈复合材料挖补修缮手艺的研究进展-6556.com-81005.com澳门金沙国际官方

文章出处:网络责任编辑:管理员-新金沙官方在线jss530.com人气:-6556.com宣布工夫:2015-06-21【

胶接修缮作为修缮复合材料毁伤的一种重要手腕,可分为补助修缮和挖补修缮。挖补修缮果其修缮后强度下,可以或许连结原有构造气动形状等长处,正在飞机构造的修缮中被普遍运用。

复合材料依附浩瀚长处正在航空业得已到了普遍运用。最新的大型客机,如波音787的复合材料用量曾经到达50%;空客A350XWB的复合材料用量将会到达52%;当代军用直升机和小型飞机的机体为了加重,接纳齐复合材料构造。复合材料构造正在制造、安装、运用历程中可能会泛起种种差别水平的毁伤,比方正在安装历程中东西坠落形成的打击毁伤;疆场中子弹形成穿透毁伤;航行历程中的鸟撞毁伤、雷击毁伤。

胶接修缮作为修缮复合材料毁伤的一种重要手腕,可分为补助修缮和挖补修缮。挖补修缮果其修缮后强度下,可以或许连结原有构造气动形状等长处,正在飞机构造的修缮中有辽阔的发展前景。

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挖补修缮的质料和装备

凭据修缮所用质料的差别,复合材料挖补修缮分为预浸料(Prepreg)修缮、预固化(Precured)修缮和湿铺层(Wet-layup)修缮3种修缮工艺。需求注重的是,除非正在修缮时确有需求,不然很少接纳预固化补片的工艺去修缮。那是由于接纳预固化片修缮固然省去了铺揭修缮层的工序、节约了工夫,然则正在胶接时,胶接面处轻易泛起胶层厚度不一致,胶层中和胶接面泛起孔隙等题目,严峻影响胶接质量和修缮构造的强度。胶粘剂(Adhesive)是修缮中另一个主要质料,一般飞机构造维修中运用的胶粘剂皆以胶膜(Adhesive film)的情势供应。胶粘剂的主要成分为:合成树脂和稀释剂、固化剂等多种添加剂。胶粘剂的身分对胶接机能起决定性感化。差别身分的胶粘剂的固化、运用前提各不雷同,其剪切强度、模量等力学性能也不同;纵然是同种树脂的胶粘剂,其添加剂差别,也会形成胶接机能的差异。因而维修中针对差别胶接物的构造承载状态,接纳相婚配的胶粘剂对胶接修缮至关重要。 本文来自织梦

挖补修缮的装备重要有:质料储存装备(冰箱)、加热装备(电热毯、烘箱)、抽真空设(真空袋)、切割装备(铣刀、打磨器)。因为飞机客户对效力、本钱的要求,现场/前哨快速修缮手艺的迅速发展。许多外洋复合材料维修公司(如WichiTech、HEATCON)皆开辟了便携式的胶接维修体系(Hot Bond System)。

挖补修缮的步调

复合材料挖补修缮的步调和其他复合材料胶接修缮的根基步调雷同,重要包孕以下7点:(1)应用目视、敲击和超声波无损检测等要领肯定毁伤水平和局限;(2)消灭破坏质料、斜坡打磨或阶梯打磨挖补角;(3)运用丙酮、甲基同丁基甲酮(MIBK)等有机溶剂干净胶接面;(4)铺设修缮层(湿铺层和预浸料修缮)或安排补片(预固化修缮),包管胶层厚度同等,胶接连绝;(5)加热毯、真空袋等固化装备的封装,根据修缮固化前提和工夫停止固化;(6)撤除封装质料,对修缮外面打磨修整;(7)对修缮状况停止搜检评价。

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挖补修缮的实验研讨

复合材料挖补修缮的研讨,凭据要领能够分为实验研讨和数值研讨。研讨的工具包孕修缮构造的应力散布、胶层的损坏形式,和修缮后强度。如图1所示,挖补修缮层合板的终究强度取挖补角、胶层厚度、挖孔直径和层合板的铺层递次等多个身分有关。为了研讨差别身分对挖补修缮的影响,能够改动挖补修缮层合板差别的参数,获得修缮后强度取参数的干系。表1所示即为差别挖补参数和所对招考件的终究强度。正在综合思索各身分的影响水平和局限,可以或许对挖补修缮要领停止最优化设想,进步修缮效力和修缮强度。



实验研讨的一样平常步调为:起首正在实验机上等速加载修缮试件,视察其损坏途径并纪录位移- 载荷曲线、损坏强度;其次对损坏的试件停止生效剖析,一样平常包孕挖补截面的金相剖析和断口扫描电镜(SEM)视察;最初应用这些生效剖析要领去视察细不雅损坏形式,找出生效缘由和机理。

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挖补修缮的数值研讨

挖补修缮数值研讨的重要目标是取实验研讨的效果停止对比(图2),获得实验中没法采集大概没法观察到的力学性能表征。数值研讨可以或许资助实验研讨定位生效损坏的毁伤源位置,毁伤生长的途径,胶层中毁伤的积累扩大状况等。



挖补修缮有限元研讨要领正在已往的20年里取得了很大的生长。曾经从已往简朴的2维研讨生长为3维有限元仿真研讨。质料的生效判定也从已往简朴判定损坏与否的蔡-吴、蔡-希尔生效判据生长完美为现在常接纳的可以或许辨别质料多种差别生效形式(纤维断裂、基体开裂、纤维-基体剪切损坏和分层损坏)的Hashin生效判据。现在,修缮构造有限元仿真研讨的最常用要领为扩大毁伤要领。图3即为扩大毁伤要领的运算流程图。

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经由过程扩大毁伤有限元要领,能够直观、清楚天获得修缮层合板各层的毁伤位置、毁伤范例和毁伤扩大的状况(图4),载荷增添历程中胶层的毁伤扩大状况。经由过程有限元盘算借可以或许获得修缮构造的位移-载荷曲线,并可以或许从位移-载荷曲线中找到胶层损坏载荷和构造生效载(图5)。

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图4 挖补修缮层合板单层毁伤状况



总结实验和数值研讨的效果,发明挖补修缮层合板正在受载感化下,初始裂纹毁伤会萌发正在母板、胶层和补片界面联合强度较强的部位。跟着载荷络续增大,正在一个相对小的部分地区,即界面联合力较弱的地区,裂纹会合成一条主裂纹;当载荷靠近某一临界载荷时,主裂纹的扩大占有了主导位置,并快速沿胶接面扩大,致使修缮构造终究生效。

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跟着挖补修缮研讨的不断发展,现在最新的研讨效果注解:挖补修缮构造的生效包孕胶层的生效和构造的损坏,而挖补角对胶层生效和构造损坏的影响其实不雷同。如图6所示,跟着挖补角度的增大,胶层的生效载荷正在络续削减而构造的损坏载荷却正在络续增添。4°时胶层的生效载荷取构造的损坏载荷雷同,此时的角度即为拉伸载荷下挖补修缮的最好挖补角。经由过程研讨,一样也能够获得紧缩载荷下胶层生效和构造损坏载荷随挖补角转变的趋向(图7),并获得紧缩载荷下挖补修缮的最好挖补角6°。取试件遭到单一拉伸载荷或紧缩载荷差别,一样平常现实修缮构造运用时即会受拉伸载荷也会受压缩载荷,因而综合思索能够获得飞机修缮构造的最好挖补角为6°。


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现在挖补修缮中亟待处理的题目

固然复合材料挖补修缮的运用和研讨曾经生长了30多年,然则修缮借存在着许多亟待处理的题目。

(1)固然修缮后的静强度规复率较高,然则挖补修缮抗委靡载荷能力差。那使得目前国内修缮的运用局限范围正在非承力构造大概应力程度很低的构造。搞清挖补修缮委靡毁伤的机理,进步修缮构造抗委靡才能,正确预计修缮后构造寿命是打破挖补修缮运用局限性的要害。

(2)修缮构造的湿热题目一样是现在限定挖补修缮生长的主要身分。因为复合材料和胶粘剂的热膨胀系数差别,正在固化历程中修缮构造会泛起差别水平的剩余热应力,加上胶层中不可避免存在的孔隙,这些皆使修缮构造的湿热题目对修缮质量,修缮后强度形成严峻影响。

(3)现场/疆场快速修缮时,胶粘剂的储存,胶接工艺、固化前提等取工场修缮差异较大。而现有维修修缮质量评价手艺落伍,进步快速维修的质量取维修后的质量评价是生长快速修缮需求处理的主要题目。
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(4)差别身分胶粘剂的力学性能差异很大。维修时差别胶接物构造差别的受载状况形成对胶粘剂的力学性能要求差别。怎样挑选适宜的胶粘剂婚配响应的胶接物、受载状况,成为将来生长胶接手艺的研讨重点。


泉源:佳工电机网
 
 

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