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时间:2011-02-10 15:57来源:蓝天飞行翻译 作者:admin
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三、复合材料结构可修理性设计一般原则
复合材料结构可修性设计一般原则如下:
•(,•

 
()应在结构设计阶段,根据结构的特点和强度、刚度的要求,对结构修理进行区域划分。各区域有不同的允许损伤(种类和程度)、可修理的损伤及相应的修理方法,以及不可修理的损伤(种类和程度)。
(")结构修理工艺方法选择应与修理环境(外场还是内场)相适应。尽量采用低成本的修理方法。统一规划制定修理标准或修理规范。修理材料(包括辅助材料)和修理设备、工具应尽量做到通用化、减少品种。
()结构设计时规定允许制连接孔的复合材料结构部位,才可采用补片机械连接临时性修理。允许制备 %%直径连接件孔已成为军机复合材料结构修理设计原则之一。层合板补片铺层一般 &’层、 ( )*’层、 +&’层各占 ,,以提高层合板补片的挤压强度。
())使用预浸料修理时,尽可能选用与被修理构件相同的修理材料,如碳纤维复合材料修理碳纤维构件;尽可能采用对称铺层;台阶式修理每阶不多于 "层铺层,每个台阶长度最小为 *%%,一般取 &%%,表面至少要有一层将所有台阶覆盖,表面覆盖层一般为 ( )*’铺层。
(*)修理工艺的加热过程不应引起结构修理部位应力集中或材料性能退化等,一般加热不应超过 *次。()修理后应恢复原结构的保护系统,如雷击防护、表面涂层绝缘、耐腐蚀等。
四、复合材料结构的允许损伤极限与损伤修理极限
复合材料结构的允许损伤极限(损伤包容能力)和损伤修理极限影响因素很多,不同的结构形式、不同的材料体系、不同的飞机类型都有不同的规定,一般是结构自身特有的,主要是由结构的设计应变控制。
()允许损伤极限— ——修理与不修理的界限
复合材料结构允许损伤极限(损伤包容能力)与结构的设计应变水平密切相关。目前,按限制设计许用应变 &-. /&-).设计的壁板类结构,一般允许损伤面积当量直径小于 "&%%的各类损伤。又如 0—1的修理指南规定压痕小于 &-)%%深,分层小于 %%直径圆面积,开胶小于 +%%直径圆面积可不修理,照常使用。经验表明, 0—1的修理规定偏保守了,但定量上放宽到什么程度要由试验决定。
(")损伤修理极限— ——可修与不可修的界限
当缺陷和损伤的尺寸超过了一定的量值,结构件修理难于达到修理标准要求或在经济上已不合算,只能报废更换结构件。如波音飞机公司规定缺陷或损伤的范围大于结构件面积的 *.时应予报废不可修。 0—1规定蜂窝结构分层大于 *&%%直径圆面积,开胶大于 2*%%直径圆面积;层合板分层大于 2*%%直径圆面积时应予报废不可修。
•*"1•

 
总之,结构的允许损伤极限与损伤修理极限要具体结构,具体分析,针对性强,不可盲目照搬。
第二节 结构修理细节设计
复合材料结构修理实质上是复合材料连接方法的一种实际应用。修理方法选择
取决于结构件的类型、要求的接头(连接)效率、以及对结构外表面光滑要求等。同
时,修理工艺还受到修理环境影响。一般修理厂或修理基地,修理设备和材料齐全、
技术人员水平高,适合大修,完成几乎全部修理工作。外场修理环境比较恶劣,没有材料的冷藏设备、材料只能在常温下储存。没有热压罐、只能靠加热毯加热,真空袋加压,完成固化。由于人员与设备限制,外场只能采用简单的外搭接板(补片)螺接法(用于弹伤临时性修理)与外搭接板(补片)胶接法,一般使用常温固化胶粘剂(适合
用复合材料修补金属结构损伤)。
一、补片胶接修理细节设计
(")外搭接补片胶接修理
外搭接补片修理比楔形补片修理要简单,修理质量也容易保证,对修理表面的准
备工作量较少。在背面可达性差,只能在外表面单面修理情况,或者相邻结构对损伤
区修理有干扰的情况下使用这种方法修理最方便。
这种修理结构的载荷是由损伤区周围的结构承担的。在修理设计中必须考虑由
于外搭接补片偏心载荷引起的弯曲应变。补片要能承受损伤区边缘产生的高的剥离
应力与剪应力。为了减小这种影响,可以将补片各层作成阶梯形的。层合板厚度方
向的拉伸强度较低,因此对板的厚度有限制。这意味着,这种修理方法只限于用在薄
层合板的损伤修补中。为了减小剥离,可以在损伤孔边增加铆钉紧固件,在损伤孔周
边紧固件间距为 %%。切修损伤边缘时,沿损伤区轮廓线切割出 &’ (%%深边缘槽,
用胶充填,并贴上玻璃纤维 ) (预浸带,如图 * +"* +所示。对于 ",层[( ) ( -& -
.&)]/的层合板,采用 *’ "0%%的空芯铆钉,使接头效率由 1提高到 201。
典型的 层预固化补片设计的细节如图 * +"* +*所示。损伤孔直径 &’ 0%%,
补片的最大直径 &%%。这种修理可承受的剪流载荷为 " 3"’45 -%%。
()补片楔形胶接修理
对表面光滑度要求高的部位,可以采用表面光滑的补片楔形胶接修理。这种修
理的连接效率比其他任何修理方法都高。在承受集中载荷和偏心较小的受力大的部
件,特别是受压缩载荷情况宜采用楔形修理。在厚壁板结构中也多采用这种方法修
理,因为外搭接补片修理对这种结构会形成过大的超出模线的厚度,而且胶层的剥离
•.•

 


图  " "%细节设计对减小边缘剥离应力的影响

图  " "%预固化补片设计细节示例
应力与剪应力太大,难以满足。补片楔形胶接修理要点: 表面要求光滑补片楔形修理方法需要对损伤区进行仔细的修整,以便得到正
确的楔形角与尺寸公差。 "补片层合板的铺层方向必须与被切除的损伤层合板剖面相匹配。 楔形补片可采用共固化(将补片与损伤层合板一起加热固化),也可预固化后
再胶接到损伤结构上。 修理形式可以是单面楔形补强或双面楔形补强,如图  " "&所示。双面楔形补片胶接接头的长度较短,从损伤板上去除的材料较少。典型的尖削比 ’( 。层 •)’•
 
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