第十三章 結(jié)構(gòu)可修理性設(shè)計(jì)
第一節(jié) 復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可修理性設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)修理與結(jié)構(gòu)材料、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)承載和功能等諸多因素密切相關(guān)。其中,決定性因素是結(jié)構(gòu)所用材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
一、結(jié)構(gòu)修理的一般要求
飛機(jī)結(jié)構(gòu),不分金屬結(jié)構(gòu)還是復(fù)合材料結(jié)構(gòu),對結(jié)構(gòu)修理的一般要求:
滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性要求,即恢復(fù)結(jié)構(gòu)的承載能力,在壓剪載荷下不失穩(wěn);
"滿足結(jié)構(gòu)剛度要求(包括撓度變形、氣彈特性和載荷分布及傳載路線等);
滿足耐久性要求(包括疲勞、腐蝕、環(huán)境影響等諸方面);
恢復(fù)使用功能(包括燃油系統(tǒng)密封、雷擊防護(hù)、隱身功能等);
%修理增重小;操縱面等動部件滿足質(zhì)量平衡要求;
&氣動外形變化要小,即保證原結(jié)構(gòu)表面光滑完整;
’修理所用時間要短,以滿足使用需要;
(修理費(fèi)用成本要低。
即要求結(jié)構(gòu)修理后對軍機(jī)結(jié)構(gòu)恢復(fù)達(dá)到結(jié)構(gòu)完整性要求,對民機(jī)結(jié)構(gòu)恢復(fù)達(dá)到
適航要求。理論上講經(jīng)修理的結(jié)構(gòu)應(yīng)該恢復(fù)到能承受設(shè)計(jì)載荷,實(shí)際上,對復(fù)合材料
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度一般能恢復(fù)到原結(jié)構(gòu)的 " % &。飛機(jī)結(jié)構(gòu)的損傷,根據(jù)損傷程度和損傷部位的重要性,可分為三類: 允許的損傷這類損傷不影響部件結(jié)構(gòu)完整性和使用功能,可以暫時不修理,但
必須在規(guī)定的時間或飛行起落期限內(nèi)進(jìn)行永久性修理。
"可修理的損傷這類損傷對部件的結(jié)構(gòu)完整性和使用功能有輕微的影響,并且會降低壽命,必須立即進(jìn)行修理。如果一時無法進(jìn)行永久性修理,可以先進(jìn)行臨時性修理,然后在規(guī)定的時間期限內(nèi)再改換成永久性修理。
不可修理的損傷這類損傷對部件的結(jié)構(gòu)完整性和使用功能有較大的影響,并且會明顯降低壽命,應(yīng)更換零件。 •’(’•
結(jié)構(gòu)損傷尺度與結(jié)構(gòu)修理范圍關(guān)系,見圖 " "。
圖 " "結(jié)構(gòu)損傷尺度與結(jié)構(gòu)修理范圍關(guān)系示意圖
結(jié)構(gòu)修理首先要確定損傷區(qū)范圍。在確定部件的損傷范圍時,通常遵循以下原
則: 通常把靠得非常近的兩個或兩個以上損傷區(qū)看作一個損傷區(qū)。 "如果靠得非常近的兩個損傷區(qū)跨越兩個不同的修理區(qū)域,則一般把它們看作
一個損傷區(qū),并且,按照其中要求比較高的修理區(qū)域的要求進(jìn)行處理。 如果一個損傷區(qū)跨越兩個修理區(qū)域,則應(yīng)該按照其中要求比較嚴(yán)格的修理區(qū)域的規(guī)定進(jìn)行處理。至于修理方法的選擇則取決于結(jié)構(gòu)修理需求,以及可能提供的修理?xiàng)l件(分析能力、修理經(jīng)驗(yàn)和修理材料、設(shè)備等)。
二、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理特點(diǎn)
()復(fù)合材料結(jié)構(gòu)缺陷 %損傷復(fù)合材料結(jié)構(gòu)使用缺陷 %損傷大多由外來物沖擊或惡劣環(huán)境因素造成的,形式多
種多樣。屬于結(jié)構(gòu)修理的缺陷 %損傷形式,主要有: 表面劃傷(含表面保護(hù)層損傷); "分層; 沖擊損傷; 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)損傷; %雷擊損傷; &離散源損傷及彈擊損傷; ’鳥撞損傷。復(fù)合材料多種損傷形式,要求相對應(yīng)的無損檢查手段,常用的無損檢測方法有: 目視檢查法檢查損傷位置、損傷面積和損傷程度; "敲擊法檢查和確定脫膠和分層的范圍; 超聲法檢查和確定脫膠和分層的范圍,確定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的位置; 軟 &射線法檢查和確定內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷程度、潮氣進(jìn)入和污染的程度等。
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()復(fù)合材料缺陷 "損傷修理方法
碳纖維復(fù)合材料典型結(jié)構(gòu)的修理方法,可以分為兩類:非補(bǔ)片修理方法和補(bǔ)片修理方法。表 —列出了各種修理方法及其適用范圍。隨著新膠粘劑和新工藝的發(fā)展,修理的工藝過程也會有所變化,表中方法僅供參考。
表 %&復(fù)合材料缺陷 "損傷修理方法
修理方法 適用范圍
非補(bǔ)片修理 樹脂注射法混合物注射法 ..熱處理法表面涂層法抽釘法 孔隙、小的分層、小的脫膠等小的凹陷、蜂窩蒙皮的損傷、蜂窩芯子的損傷除濕、干燥,去除蜂窩結(jié)構(gòu)中的潮氣密封、恢復(fù)表面保護(hù)層層合板內(nèi)部的分層
補(bǔ)片修理 外搭接補(bǔ)片膠接法(貼補(bǔ))外搭接補(bǔ)片螺接法(貼補(bǔ))補(bǔ)片楔形膠接法(挖補(bǔ)) 可以修理 ’層的蒙皮,適用于外場修理可以修理 () * ))層厚、損傷區(qū)直徑 ))++的蒙皮,適用于外場修理(臨時性修理)可以修理 ’ * ))層厚、損傷區(qū)直徑 ))++的蒙皮,不適用于外場修理
()復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理特點(diǎn)
損傷切斷的纖維主要靠補(bǔ)片(貼補(bǔ)或挖補(bǔ))來恢復(fù)纖維的連續(xù)承載能力。纖維是復(fù)合材料承載的主體,損傷切斷的纖維,修理不可能將其重新接上。損傷應(yīng)靠外搭接補(bǔ)片貼補(bǔ)或補(bǔ)片楔形斜削對接挖補(bǔ),來恢復(fù)纖維的連續(xù)承載能力。這是復(fù)合材料修理與金屬修理本質(zhì)區(qū)別的主要之處。
"補(bǔ)片品種多。補(bǔ)片有金屬鈦板、鋁板;層合板、預(yù)浸料板等。
補(bǔ)片采用機(jī)械連接固定,必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定允許時方可采納。復(fù)合材料對孔應(yīng)力集中敏感,損傷區(qū)周邊制孔(一般為直徑 ’++的孔)有時會引起結(jié)構(gòu)承載能力下降或新的損傷。
補(bǔ)片固化或二次固化或膠接等工藝需要配套輔助材料和相關(guān)修理設(shè)備。 %修理所用樹脂、預(yù)浸料等修補(bǔ)材料要求一定貯運(yùn)條件,使用期和貯存期。 &設(shè)計(jì)沒有考慮修理的部位,決不可輕意維修。
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