復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

楊獻(xiàn)宇

摘 要：復(fù)合材料在風(fēng)電葉片上有著十分廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也推動(dòng)了復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)的發(fā)展。從目前復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)的發(fā)展而言，主要包括損傷檢測(cè)與評(píng)估、維修設(shè)計(jì)、維修工藝、維修驗(yàn)證與評(píng)估，均取得了很好的研究成果?；诖?，本文重點(diǎn)分析論述復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)研究現(xiàn)狀，并淺談今后復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料;挖補(bǔ)修理技術(shù);維修工藝

在風(fēng)電葉片制造過(guò)程中，因?yàn)楣に嚪椒?、外部荷載、材料質(zhì)量及環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致復(fù)合材料難免會(huì)出現(xiàn)損傷，但復(fù)合材料所出現(xiàn)的損傷通常不會(huì)直接顯露在結(jié)構(gòu)的表面，而是會(huì)隱藏在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部[1]。復(fù)合材料所出現(xiàn)的損傷會(huì)嚴(yán)重影響承載能力，這對(duì)風(fēng)電葉片的安全使用有很大的威脅?；诖耍莆諒?fù)合材料各種故障的挖補(bǔ)修理技術(shù)尤為關(guān)鍵，務(wù)必給予高度的重視。

1復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)

就復(fù)合材料的挖補(bǔ)修理技術(shù)來(lái)說(shuō)，其依賴于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可以精準(zhǔn)確定出結(jié)構(gòu)損傷源，而后去除損傷材料補(bǔ)上新材料。目前在復(fù)合材料的挖補(bǔ)修理技術(shù)中，最為常用的有兩種，一種是斜接式，另外一種是階梯式，均有較為廣泛的應(yīng)用?？偟膩?lái)說(shuō)，復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)主要有以下四種：

①損傷檢測(cè)與評(píng)估：在確定復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)損傷時(shí)，要做到精確定位和量化，當(dāng)前主要是通過(guò)某種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)確定復(fù)合材料的損傷位置與范圍。就復(fù)合材料所出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)損傷來(lái)說(shuō)，主要有穿孔、分層、基體破裂、凹坑、纖維斷裂。為有效檢測(cè)出這些結(jié)構(gòu)損傷，通常情況下需要使用多種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可以確保損傷評(píng)估的精確度。

②維修設(shè)計(jì)：在維修設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要采用可靠的計(jì)算分析方法，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)故障開(kāi)展全面的檢查分析，以此來(lái)確定補(bǔ)片的幾何形狀、材料選擇、膠粘劑、補(bǔ)片鋪層順序與層數(shù)。從目前復(fù)合材料挖補(bǔ)修理中所使用的分析方法來(lái)看，主要有兩種，即有限元法、解析法。

③維修工藝：待確定維修設(shè)計(jì)方案后，即可以應(yīng)用維修工藝來(lái)進(jìn)行復(fù)合材料的維修。在損傷材料去除時(shí)可以使用復(fù)合材料加工技術(shù)，維修時(shí)要對(duì)待膠接面做好表面處理。

④維修驗(yàn)證與評(píng)估：待維修工作結(jié)束后，要采用相應(yīng)的驗(yàn)證技術(shù)來(lái)評(píng)估維修工作的成效，確保維修后的結(jié)構(gòu)可以滿足要求。

2復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1損傷評(píng)估

在復(fù)合材料的挖補(bǔ)修理技術(shù)體系中，損傷評(píng)估技術(shù)占據(jù)有重要的地位，所發(fā)揮出的作用十分顯著。目前來(lái)看，損傷評(píng)估中所包括的技術(shù)主要是無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與修理容限技術(shù)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中又包含著超聲波、熱成像、剪切散斑。以其中的熱成像技術(shù)為例來(lái)說(shuō)，當(dāng)前的應(yīng)用已經(jīng)十分的廣泛，非常適合應(yīng)用在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的檢測(cè)中。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)前所使用的熱成像技術(shù)可以量化出復(fù)合材料結(jié)構(gòu)損傷的大小與深度，檢測(cè)工作所花費(fèi)的時(shí)間短，且可以單邊檢測(cè)。但是也存在一定的局限性，比如需要精密的紅外相機(jī)和外部熱源，造價(jià)會(huì)比較高。

2.2維修設(shè)計(jì)

當(dāng)前復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)中的維修設(shè)計(jì)工作主要依賴于兩種方法，即基于解析模型的維修設(shè)計(jì)、基于數(shù)值模型的維修設(shè)計(jì)。以基于解析模型的維修設(shè)計(jì)為例來(lái)說(shuō)，在設(shè)計(jì)時(shí)主要借助連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、積分方程法、廣義平面應(yīng)力等線彈性理論，可以有效的計(jì)算出復(fù)合材料挖補(bǔ)修理膠層的應(yīng)力分布情況與裂紋，繼而知曉膠層的厚度與接頭長(zhǎng)度[2]。但這種設(shè)計(jì)方式也存在著一定的問(wèn)題，比如解析模型的線彈性理論無(wú)法精準(zhǔn)的描述出復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的缺陷，母體與補(bǔ)片的幾何形狀也無(wú)法準(zhǔn)確融入到解析模型中去。

2.3維修工藝

維修工藝的科學(xué)應(yīng)用對(duì)復(fù)合材料挖補(bǔ)修理意義重大，也是一直以來(lái)重點(diǎn)研究的內(nèi)容。借助已經(jīng)完成的維修設(shè)計(jì)方案，可以采用多種維修工藝來(lái)制造補(bǔ)片和構(gòu)件，有效的去除復(fù)合材料的損傷區(qū)域，保證復(fù)合材料的質(zhì)量。目前復(fù)合材料挖補(bǔ)修理所使用的維修工藝主要有損傷材料去除、補(bǔ)片制造、表面處理、膠接固化這種工藝。以其中的表面處理為例來(lái)說(shuō)，重點(diǎn)是要提升復(fù)合材料機(jī)械的粘附力，確保膠粘層與維修母體的分子與原子可以相互作用[3]。在應(yīng)用開(kāi)展表面處理工作時(shí)，不僅僅要清潔復(fù)合材料的表面，而且要對(duì)表面的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)作一改變，增強(qiáng)復(fù)合材料的粘附力，打磨結(jié)合溶劑清洗是目前一種非常實(shí)用的表面處理工藝，但在改變復(fù)合材料物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)方面未能發(fā)揮良好的作用。基于此，近年來(lái)開(kāi)始應(yīng)用了等離子、脈沖激光燒蝕等表面處理方法，可很好的改變復(fù)合材的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)，應(yīng)用優(yōu)勢(shì)顯著。

2.4復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)對(duì)風(fēng)電葉片的安全應(yīng)用有著至關(guān)重要的意義，但當(dāng)前階段的復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)還有不足之處，后續(xù)必須要進(jìn)一步加大復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)的研究力度?？偟膩?lái)說(shuō)，后續(xù)要將重點(diǎn)放在以下方面：

①為提升復(fù)合材料的損傷檢測(cè)與評(píng)估質(zhì)量，單純依賴無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與修理容限技術(shù)還無(wú)法有效實(shí)現(xiàn)，后續(xù)要努力朝著非接觸式損傷檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)的方向發(fā)展。

②當(dāng)前所使用的機(jī)械加工方式并不能很有效的除掉復(fù)合材料的損傷材料，后續(xù)要進(jìn)一步去發(fā)展激光切割技術(shù)和水切割技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的自動(dòng)化去除。

③要想對(duì)復(fù)合材料的表面進(jìn)行有效的物理處理和化學(xué)處理，改變其特性，必須具備先進(jìn)的表面處理方法。在復(fù)合材料的表面處理技術(shù)研究中要進(jìn)一步加大力度。

3結(jié)語(yǔ)

復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)十分顯著，對(duì)風(fēng)電葉片的安全使用有重要意義，但鑒于當(dāng)前所使用的復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)還有較多局限和不足。因此，今后要進(jìn)一步加大研究力度，尤其是做好損傷評(píng)估技術(shù)、維修設(shè)計(jì)、維修工藝這三個(gè)方面的研究工作，以便更好的增強(qiáng)復(fù)合材料挖補(bǔ)修理技術(shù)的應(yīng)用效果。

參考文獻(xiàn)：

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