本文關(guān)鍵詞：基于激光表面處理的民機復合材料結(jié)構(gòu)膠結(jié)修理研究

  更多相關(guān)文章： 民機復合材料 激光表面處理 膠結(jié)修理 微觀特征 力學驗證

【摘要】：復合材料結(jié)構(gòu)在航空領域得到了廣泛應用,其在整個壽命過程中也不可避免地遭受各種類型損傷。為保持民用飛機的結(jié)構(gòu)完整性,結(jié)合具體損傷類型及大小,對受損復合材料結(jié)構(gòu)在修理范圍內(nèi)進行維修并保證其持續(xù)適航要求,是經(jīng)濟可行的方式。復合材料維修方式以膠結(jié)修理為主,而膠結(jié)修理前,將損傷去除后應對維修母體表面進行處理,以改善膠結(jié)維修效果。工程上廣泛采用手工或氣動打磨方式對維修母體表面進行處理,存在低效高耗、環(huán)境不友好以及表面性能不穩(wěn)定等不足之處。因此,探索新的表面預處理技術(shù),既能獲得穩(wěn)定、可控、可重復的表面微觀物理化學性能以利于膠結(jié)維修效果,又顯著減少維修實施過程中人為因素的影響及對維修人員健康的負責影響。激光是一種受激輻射的光放大,廣泛應用于切割、焊接、刻蝕、定位、表面處理等領域。在民機復合材料維修領域,波音、空客公司及德國、奧地利等幾家研究機構(gòu)近幾年也在開展激光表面處理技術(shù)應用于復合材料維修的理論研究與工程應用探索。論文以某型民用飛機上使用的碳纖維／環(huán)氧樹脂復合材料為研究對象,采用波長355nm的紫外激光微納加工設備,對膠結(jié)維修母體進行不同參數(shù)的激光表面處理。對激光表面處理后的母體表面微觀物理化學特征進行了表征分析,并采用單搭接試樣力學性能測試對膠結(jié)維修的效果進行了對比試驗與驗證,并從微觀角度建立母體表面微觀物理化學特征與膠結(jié)維修效果的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。論文的主要研究內(nèi)容如下：(1)激光表面處理后復合材料母體表面微觀物理化學性能研究研究激光表面處理后,母體表面微觀結(jié)構(gòu)(微觀形貌、粗糙度)、物理特征(接觸角與表面自由能)、化學特征(化學元素與官能團濃度)的變化及其穩(wěn)定性,并與機械打磨方式進行對比。(2)維修母體表面微觀物理化學特征與膠結(jié)強度的內(nèi)在關(guān)聯(lián)研究根據(jù)界面膠結(jié)的機械嵌鎖理論、靜電吸附理論、化學鍵理論等界面粘連附理論,定性分析激光表面處理后表面微觀特征對膠結(jié)維修界面粘附效果改善的內(nèi)在機理,建立表面微觀特征與維修界面膠結(jié)強度的內(nèi)在關(guān)聯(lián),并與傳統(tǒng)機械打磨方式進行對比。(3)單搭接試樣力學性能測試及維修效果驗證對單搭接試樣搭接部位表面進行激光表面處理,采用真空袋固化成形,對單搭接試樣進行力學性能測試及維修效果驗證。研究結(jié)果表明,對復合材料進行激光表面處理后,相對于原始表面及機械打磨表面,母體表面粗糙度Ra值明顯增加,微觀形貌更為均勻,且穩(wěn)定可控；雙液接觸角試驗表明,激光處理后表面自由能增加至78.01 mJ/m2；表面Ols/Cls增加至31%,活性官能團比例也明顯高于原始表面及機械打磨表面。根據(jù)界面粘附理論,以上表面微觀物理化學特征的變化將有助于膠結(jié)維修界面粘附及維修效果的改善。單搭接力學試驗結(jié)果證實,相對于機械打磨方式,激光處理后單搭接試樣力學性能明顯提高,且離散系數(shù)更小。論文研究成果證實了激光表面處理技術(shù)應用于民機復合材料維修領域的可行性,為激光表面處理技術(shù)的工程應用提供了理論基礎與技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：民機復合材料 激光表面處理 膠結(jié)修理 微觀特征 力學驗證
【學位授予單位】：中國民用航空飛行學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：V267
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-22
• 1.1 選題目的及意義13-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 主要研究內(nèi)容19-20
• 1.4 研究路線20-22
• 第二章 材料與試驗22-33
• 2.1 試驗材料及層合板加工22
• 2.2 激光表面處理22-24
• 2.2.1 激光表面處理原理及設備23-24
• 2.2.2 激光表面處理過程24
• 2.3 激光表面處理后母體表面微觀特征分析24-33
• 2.3.1 試樣樣品制備24-25
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)25-26
• 2.3.3 激光共聚焦顯微鏡(LCSM)26-27
• 2.3.4 傅立葉紅外光譜儀(ATR-FTIR)27-28
• 2.3.5 X射線光電子能譜測試儀28
• 2.3.6 接觸角測量及表面自由能計算28-33
• 第三章 試驗結(jié)果分析33-47
• 3.1 表面微觀形貌測試結(jié)果分析33-39
• 3.1.1 SEM微觀形貌測試結(jié)果分析33-36
• 3.1.2 激光共聚焦掃描顯微鏡測試結(jié)果分析36-39
• 3.2 表面化學特征變化分析39-43
• 3.2.1 XPS測試結(jié)果分析39-42
• 3.2.2 紅外光譜(ATR-FTIR)測試結(jié)果分析42-43
• 3.3 表面物理特征變化分析43-45
• 3.3.1 表面接觸角測試43-44
• 3.3.2 表面自由能計算分析44-45
• 3.4 表面微觀特征與維修界面膠結(jié)強度的內(nèi)在關(guān)聯(lián)分析45-47
• 第四章 單搭接力學測試驗證47-56
• 4.1 試樣制備及試驗方法47-50
• 4.1.1 試樣材料47
• 4.1.2 試樣結(jié)構(gòu)及類型47-48
• 4.1.3 試樣制備48-49
• 4.1.4 試驗設備及方法49-50
• 4.2 失效強度分析50-53
• 4.3 破壞模式分析53-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第五章 結(jié)論及展望56-58
• 5.1 結(jié)論56-57
• 5.2 展望57-58
• 參考文獻58-62
• 攻讀碩士學位期間取得的學術(shù)成果62-63
• 致謝63

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本文編號：798462