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時間:2011-02-10 15:57來源:藍(lán)天飛行翻譯 作者:admin
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三、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可修理性設(shè)計一般原則
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可修性設(shè)計一般原則如下:
•(,•

 
()應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段,根據(jù)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和強(qiáng)度、剛度的要求,對結(jié)構(gòu)修理進(jìn)行區(qū)域劃分。各區(qū)域有不同的允許損傷(種類和程度)、可修理的損傷及相應(yīng)的修理方法,以及不可修理的損傷(種類和程度)。
(")結(jié)構(gòu)修理工藝方法選擇應(yīng)與修理環(huán)境(外場還是內(nèi)場)相適應(yīng)。盡量采用低成本的修理方法。統(tǒng)一規(guī)劃制定修理標(biāo)準(zhǔn)或修理規(guī)范。修理材料(包括輔助材料)和修理設(shè)備、工具應(yīng)盡量做到通用化、減少品種。
()結(jié)構(gòu)設(shè)計時規(guī)定允許制連接孔的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)部位,才可采用補(bǔ)片機(jī)械連接臨時性修理。允許制備 %%直徑連接件孔已成為軍機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理設(shè)計原則之一。層合板補(bǔ)片鋪層一般 &’層、 ( )*’層、 +&’層各占 ,,以提高層合板補(bǔ)片的擠壓強(qiáng)度。
())使用預(yù)浸料修理時,盡可能選用與被修理構(gòu)件相同的修理材料,如碳纖維復(fù)合材料修理碳纖維構(gòu)件;盡可能采用對稱鋪層;臺階式修理每階不多于 "層鋪層,每個臺階長度最小為 *%%,一般取 &%%,表面至少要有一層將所有臺階覆蓋,表面覆蓋層一般為 ( )*’鋪層。
(*)修理工藝的加熱過程不應(yīng)引起結(jié)構(gòu)修理部位應(yīng)力集中或材料性能退化等,一般加熱不應(yīng)超過 *次。()修理后應(yīng)恢復(fù)原結(jié)構(gòu)的保護(hù)系統(tǒng),如雷擊防護(hù)、表面涂層絕緣、耐腐蝕等。
四、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的允許損傷極限與損傷修理極限
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的允許損傷極限(損傷包容能力)和損傷修理極限影響因素很多,不同的結(jié)構(gòu)形式、不同的材料體系、不同的飛機(jī)類型都有不同的規(guī)定,一般是結(jié)構(gòu)自身特有的,主要是由結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)變控制。
()允許損傷極限— ——修理與不修理的界限
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)允許損傷極限(損傷包容能力)與結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)變水平密切相關(guān)。目前,按限制設(shè)計許用應(yīng)變 &-. /&-).設(shè)計的壁板類結(jié)構(gòu),一般允許損傷面積當(dāng)量直徑小于 "&%%的各類損傷。又如 0—1的修理指南規(guī)定壓痕小于 &-)%%深,分層小于 %%直徑圓面積,開膠小于 +%%直徑圓面積可不修理,照常使用。經(jīng)驗表明, 0—1的修理規(guī)定偏保守了,但定量上放寬到什么程度要由試驗決定。
(")損傷修理極限— ——可修與不可修的界限
當(dāng)缺陷和損傷的尺寸超過了一定的量值,結(jié)構(gòu)件修理難于達(dá)到修理標(biāo)準(zhǔn)要求或在經(jīng)濟(jì)上已不合算,只能報廢更換結(jié)構(gòu)件。如波音飛機(jī)公司規(guī)定缺陷或損傷的范圍大于結(jié)構(gòu)件面積的 *.時應(yīng)予報廢不可修。 0—1規(guī)定蜂窩結(jié)構(gòu)分層大于 *&%%直徑圓面積,開膠大于 2*%%直徑圓面積;層合板分層大于 2*%%直徑圓面積時應(yīng)予報廢不可修。
•*"1•

 
總之,結(jié)構(gòu)的允許損傷極限與損傷修理極限要具體結(jié)構(gòu),具體分析,針對性強(qiáng),不可盲目照搬。
第二節(jié) 結(jié)構(gòu)修理細(xì)節(jié)設(shè)計
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)修理實(shí)質(zhì)上是復(fù)合材料連接方法的一種實(shí)際應(yīng)用。修理方法選擇
取決于結(jié)構(gòu)件的類型、要求的接頭(連接)效率、以及對結(jié)構(gòu)外表面光滑要求等。同
時,修理工藝還受到修理環(huán)境影響。一般修理廠或修理基地,修理設(shè)備和材料齊全、
技術(shù)人員水平高,適合大修,完成幾乎全部修理工作。外場修理環(huán)境比較惡劣,沒有材料的冷藏設(shè)備、材料只能在常溫下儲存。沒有熱壓罐、只能靠加熱毯加熱,真空袋加壓,完成固化。由于人員與設(shè)備限制,外場只能采用簡單的外搭接板(補(bǔ)片)螺接法(用于彈傷臨時性修理)與外搭接板(補(bǔ)片)膠接法,一般使用常溫固化膠粘劑(適合
用復(fù)合材料修補(bǔ)金屬結(jié)構(gòu)損傷)。
一、補(bǔ)片膠接修理細(xì)節(jié)設(shè)計
(")外搭接補(bǔ)片膠接修理
外搭接補(bǔ)片修理比楔形補(bǔ)片修理要簡單,修理質(zhì)量也容易保證,對修理表面的準(zhǔn)
備工作量較少。在背面可達(dá)性差,只能在外表面單面修理情況,或者相鄰結(jié)構(gòu)對損傷
區(qū)修理有干擾的情況下使用這種方法修理最方便。
這種修理結(jié)構(gòu)的載荷是由損傷區(qū)周圍的結(jié)構(gòu)承擔(dān)的。在修理設(shè)計中必須考慮由
于外搭接補(bǔ)片偏心載荷引起的彎曲應(yīng)變。補(bǔ)片要能承受損傷區(qū)邊緣產(chǎn)生的高的剝離
應(yīng)力與剪應(yīng)力。為了減小這種影響,可以將補(bǔ)片各層作成階梯形的。層合板厚度方
向的拉伸強(qiáng)度較低,因此對板的厚度有限制。這意味著,這種修理方法只限于用在薄
層合板的損傷修補(bǔ)中。為了減小剝離,可以在損傷孔邊增加鉚釘緊固件,在損傷孔周
邊緊固件間距為 %%。切修損傷邊緣時,沿?fù)p傷區(qū)輪廓線切割出 &’ (%%深邊緣槽,
用膠充填,并貼上玻璃纖維 ) (預(yù)浸帶,如圖 * +"* +所示。對于 ",層[( ) ( -& -
.&)]/的層合板,采用 *’ "0%%的空芯鉚釘,使接頭效率由 1提高到 201。
典型的 層預(yù)固化補(bǔ)片設(shè)計的細(xì)節(jié)如圖 * +"* +*所示。損傷孔直徑 &’ 0%%,
補(bǔ)片的最大直徑 &%%。這種修理可承受的剪流載荷為 " 3"’45 -%%。
()補(bǔ)片楔形膠接修理
對表面光滑度要求高的部位,可以采用表面光滑的補(bǔ)片楔形膠接修理。這種修
理的連接效率比其他任何修理方法都高。在承受集中載荷和偏心較小的受力大的部
件,特別是受壓縮載荷情況宜采用楔形修理。在厚壁板結(jié)構(gòu)中也多采用這種方法修
理,因為外搭接補(bǔ)片修理對這種結(jié)構(gòu)會形成過大的超出模線的厚度,而且膠層的剝離
•.•

 


圖  " "%細(xì)節(jié)設(shè)計對減小邊緣剝離應(yīng)力的影響

圖  " "%預(yù)固化補(bǔ)片設(shè)計細(xì)節(jié)示例
應(yīng)力與剪應(yīng)力太大,難以滿足。補(bǔ)片楔形膠接修理要點(diǎn): 表面要求光滑補(bǔ)片楔形修理方法需要對損傷區(qū)進(jìn)行仔細(xì)的修整,以便得到正
確的楔形角與尺寸公差。 "補(bǔ)片層合板的鋪層方向必須與被切除的損傷層合板剖面相匹配。 楔形補(bǔ)片可采用共固化(將補(bǔ)片與損傷層合板一起加熱固化),也可預(yù)固化后
再膠接到損傷結(jié)構(gòu)上。 修理形式可以是單面楔形補(bǔ)強(qiáng)或雙面楔形補(bǔ)強(qiáng),如圖  " "&所示。雙面楔形補(bǔ)片膠接接頭的長度較短,從損傷板上去除的材料較少。典型的尖削比 ’( 。層 •)’•
 
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