沖擊損傷下航空復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

　　摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新型材料被制造并且應(yīng)用在各行各業(yè)的發(fā)展中。尤其是先進(jìn)復(fù)合材料的出現(xiàn)并且在航天領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，推動了中國航天事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，同時，航天事業(yè)也對復(fù)合材料的應(yīng)用提出了新的要求。在航天器材建造中，所使用的復(fù)合材料具有各向異性和非均質(zhì)性的特點(diǎn)，這種特點(diǎn)使得其對于分層損傷和層間斷裂十分敏感，為了減少這種損傷對于航天器材的作用發(fā)揮的影響，研究人員開始對于沖擊損傷下航空復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究。

　　關(guān)鍵詞：沖擊損傷；航空復(fù)合材料；修復(fù)技術(shù)

　　一、沖擊損傷評估

　?。ㄒ唬_擊損傷

　　航天設(shè)備在進(jìn)行使用的過程中，一般所處的環(huán)境都是外太空中，這樣的外界環(huán)境使得在航天器材發(fā)揮作用的過程中，可能會出現(xiàn)眾多的不可測因素，這些因素的存在會對航天器作用的正常發(fā)揮造成一定的影響，為了減少材料的因素對于航天器材的影響，航天器材制作人員在進(jìn)行材料選擇的過程中，一般都會選擇高強(qiáng)度、高剛性的復(fù)合材料[1]。但是復(fù)合材料在使用的過程中，難免會在制造、服役、維修的過程中不可避免的出現(xiàn)缺陷或者損傷，因此復(fù)合材料修理的難題就受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

　　航空復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷產(chǎn)生的原因或是由制造缺陷引起或是由機(jī)械載荷引起，或是由于外界環(huán)境引起，在結(jié)構(gòu)損傷中，沖擊損傷是對航天器材造成影響最大的。復(fù)合材料在進(jìn)行作用的發(fā)揮過程中，由于其各向異性和非均質(zhì)性對于沖擊及其敏感[2]。并且復(fù)合材料沖擊損傷的機(jī)理較為復(fù)雜，因此國內(nèi)外專家針對復(fù)合材料的沖擊損傷提出了不同的損傷機(jī)理計(jì)算模型。這些模型的出現(xiàn)有助于研究人員對于航空復(fù)合材料修復(fù)的進(jìn)一步研究，推動航天事業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步。

　　（二）損傷評估

　　在對復(fù)合材料進(jìn)行修復(fù)時應(yīng)當(dāng)提前進(jìn)行損傷評估，在對復(fù)合材料進(jìn)行損傷評估的過程中，需要進(jìn)行多方面內(nèi)容的評估，但是確定修理容限是損傷評估中最為重要的核心工程。在材料修復(fù)行業(yè)中，所講的修理容限是指在材料發(fā)生故障時觀察材料的整體性能是否發(fā)生了變化，判斷材料是否還存在修理的價值。世界上的航天部門在對復(fù)合材料進(jìn)行修理的過程中一般都會采用沖擊后壓縮性能來對復(fù)合材料的抗沖擊和沖擊損傷性能進(jìn)行表征。并且將這種沖擊后壓縮性能作為復(fù)合材料修理容限的一種測量值，通過這種測量值對于復(fù)合材料的修理價值做出具體的評價，但是在這種評估方法的使用過程中，也有研究人員提出不應(yīng)當(dāng)將這種方法作為唯一的評價標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)閾p傷阻抗與損傷容限是兩個不同的概念，在進(jìn)行研究的過程中，不應(yīng)當(dāng)將這兩種概念進(jìn)行混淆，在這種概念的影響下，作者提出用典型鋪層試樣在規(guī)定的沖擊條件下得到的沖擊損傷破壞曲線的門檻值作為表征復(fù)合材料體系損傷容限的物理量[3]。

　　二、修復(fù)技術(shù)

　?。ㄒ唬C(jī)械連接修理

　　機(jī)械連接修理主要是指在復(fù)合材料發(fā)生損傷時將補(bǔ)板材料與母體材料利用專用的鉚釘或螺栓進(jìn)行聯(lián)合，這樣的修理方法在復(fù)合材料的修理過程中由于成本較低，因此在修理過程中較為常見。但是這種修理技術(shù)由于在材料修理過程中所使用的鉚釘或螺栓密度較高，在修理處易形成二次損傷，導(dǎo)致材料的整體性能下降。隨著中國科技技術(shù)的不斷發(fā)展，在機(jī)械連接技術(shù)的發(fā)展中也在不斷融入新型制造技術(shù)，使機(jī)械連接技術(shù)向著高智能化方向進(jìn)行發(fā)展[4]。在進(jìn)行修理的過程中，為了能夠較為清晰的觀察到復(fù)合材料的修理狀況，一般會采用數(shù)據(jù)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相結(jié)合的方式。飛機(jī)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行連接的過程中一般都是單搭接，所以在進(jìn)行修理檢測的過程中會采用單相靜拉伸的方法。并且在近些年對于修復(fù)檢測的實(shí)驗(yàn)中開始考慮到了螺釘載荷分配問題，因而將智能螺栓測試引用到了機(jī)械連接之中。智能螺栓在進(jìn)行檢測的過程中，應(yīng)用其內(nèi)變形片的變形量輸出所形成的電信號來確定在變形片上所形成的具體載荷。

　?。ǘ┠z結(jié)修復(fù)技術(shù)

　　在航天材料的修理過程中，除了機(jī)械修理外，膠接修復(fù)技術(shù)也是較為常見的一種修復(fù)技術(shù)。這種技術(shù)在進(jìn)行應(yīng)用的過程中，是通過足量的膠粘劑將復(fù)合材料補(bǔ)板與母體進(jìn)行必要的連接，使復(fù)合材料的損傷得到修復(fù)。膠接修復(fù)技術(shù)與機(jī)械連接修復(fù)技術(shù)相比，具有更高的實(shí)用價值，膠接技術(shù)在使用中所形成的膠接區(qū)域受力更加均勻，表面更加光滑，受到二次損傷的可能性較小。在膠接修復(fù)技術(shù)中較為常見的就是貼補(bǔ)法，貼補(bǔ)法在進(jìn)行應(yīng)用的過程中，將補(bǔ)板貼于復(fù)合材料的損傷處，通過粘貼劑使得材料之間能夠進(jìn)行充分的聯(lián)合，使用這種技術(shù)進(jìn)行修復(fù)的航天材料，在進(jìn)行使用的過程中，性能比例能夠得到相應(yīng)提高。但是貼補(bǔ)材料在進(jìn)行使用的過程中易造成修復(fù)表面不平滑現(xiàn)象，因此在進(jìn)行使用的過程中，一般僅僅是在對氣動外形要求不高的結(jié)構(gòu)中進(jìn)行應(yīng)用。同時這種貼補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行的貼補(bǔ)會因?yàn)槭艿酵饬Φ挠绊?，發(fā)生貼補(bǔ)脫落的情況，因此在貼補(bǔ)過程中，為了避免這種情況的發(fā)生，一般都會采用貼板外張揚(yáng)的方法。除了貼補(bǔ)法外，挖補(bǔ)法也是一種修復(fù)技術(shù)，在進(jìn)行挖補(bǔ)修復(fù)的過程中，會將復(fù)合材料的損傷處打磨成錐形再將修補(bǔ)材料連接到損傷區(qū)域，但是這種修復(fù)技術(shù)在使用的過程中需要高溫作用以滿足性能和外部結(jié)構(gòu)的需求[5]。

　　結(jié)語：

　　沖擊損傷下航空復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)隨著航空事業(yè)的發(fā)展，被越來越多的國家所重視，在進(jìn)行修復(fù)技術(shù)的研究過程中投入了大量的資金和技術(shù)資源。我國在航天事業(yè)的發(fā)展上已經(jīng)取得了重大的成就，但是對于損傷修復(fù)技術(shù)額研發(fā)中依舊存在眾多的不足，因此在航天事業(yè)的發(fā)展過程中，國家航天部應(yīng)當(dāng)加大對修復(fù)技術(shù)的研究力度。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]韓志杰,劉振宇.航空復(fù)合材料薄壁殼體高速沖擊損傷特性仿真研究[J].科技與創(chuàng)新,2018(09):19-21.

　　[2]王長越,邢素麗.沖擊損傷下航空復(fù)合材料修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].玻璃鋼/復(fù)合材料,2017(12):91-98.

　　[3]孟憲凱.激光溫噴丸強(qiáng)化航空輕質(zhì)合金的振動模態(tài)及疲勞延壽機(jī)理[D].江蘇大學(xué),2017.

　　作者李偉棟董少兵郝偉

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