复合材料层压板损伤修复与评估

郑俊，周晚林，姜鑫

(南京航空航天大学 机电学院，江苏 南京 210016)

0 引言

近年来，碳纤维增强树脂基复合材料在航空航天、海洋船舶等领域的用量不断地增大。例如，新时代商用飞机波音B787和空客A320首次将复合材料结构用于飞机机身主结构,我国自主研制C919大型客机大量采用了复合材料。然而，在服役期间，复合材料层压板本身固有的脆性使得其对低速冲击损伤(如工具的敲击、鸟撞、电击等)非常的敏感[1]。由于复合材料结构件高度集成化以及高的制造成本，服役的时间需超出设计的寿命,损伤将会影响到构件的使用安全；另外，飞机上复合材料主结构包含上千个用于连接的孔。因此，复合材料结构的设计需要对孔和损伤有更好的认识。复合结构的应力集中是目前研究的热点，许多研究也主要是对孔周围强度的调查[2-3]。与损伤结构相比，损伤会大大降低结构的强度，而且会向周围区域扩展。复合材料具有非均质性和各项异性，在载荷作用下，复杂的损伤和失效机制的存在，应力集中会引起边缘效应和应力或应变梯度。损伤破坏了结构的完整性和使用寿命。对含损的结构进行更换不是第一的方案，是因为复合材料结构尺寸大而且集成度高。所以，为了提高使用寿命，应尽快地修补，使结构的完整度得到恢复。常规的修复方法有机械连接修补和胶结修复。机械加固方法存在一定的缺陷，比如钻孔、增重、气动外形影响，纤维遭到破坏等[4]，这些问题限制了机械连接修补方法的进一步应用；……