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

  更多相關(guān)文章： 民機(jī)復(fù)合材料 激光表面處理 膠結(jié)修理 微觀特征 力學(xué)驗(yàn)證

【摘要】：復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在航空領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,其在整個(gè)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(jī)的結(jié)構(gòu)完整性,結(jié)合具體損傷類型及大小,對受損復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在修理范圍內(nèi)進(jìn)行維修并保證其持續(xù)適航要求,是經(jīng)濟(jì)可行的方式。復(fù)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(yīng)對維修母體表面進(jìn)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(jìn)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(yù)處理技術(shù),既能獲得穩(wěn)定、可控、可重復(fù)的表面微觀物理化學(xué)性能以利于膠結(jié)維修效果,又顯著減少維修實(shí)施過程中人為因素的影響及對維修人員健康的負(fù)責(zé)影響。激光是一種受激輻射的光放大,廣泛應(yīng)用于切割、焊接、刻蝕、定位、表面處理等領(lǐng)域。在民機(jī)復(fù)合材料維修領(lǐng)域,波音、空客公司及德國、奧地利等幾家研究機(jī)構(gòu)近幾年也在開展激光表面處理技術(shù)應(yīng)用于復(fù)合材料維修的理論研究與工程應(yīng)用探索。論文以某型民用飛機(jī)上使用的碳纖維／環(huán)氧樹脂復(fù)合材料為研究對象,采用波長355nm的紫外激光微納加工設(shè)備,對膠結(jié)維修母體進(jìn)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(xué)特征進(jìn)行了表征分析,并采用單搭接試樣力學(xué)性能測試對膠結(jié)維修的效果進(jìn)行了對比試驗(yàn)與驗(yàn)證,并從微觀角度建立母體表面微觀物理化學(xué)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(fù)合材料母體表面微觀物理化學(xué)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(xué)特征(化學(xué)元素與官能團(tuán)濃度)的變化及其穩(wěn)定性,并與機(jī)械打磨方式進(jìn)行對比。(2)維修母體表面微觀物理化學(xué)特征與膠結(jié)強(qiáng)度的內(nèi)在關(guān)聯(lián)研究根據(jù)界面膠結(jié)的機(jī)械嵌鎖理論、靜電吸附理論、化學(xué)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(jī)理,建立表面微觀特征與維修界面膠結(jié)強(qiáng)度的內(nèi)在關(guān)聯(lián),并與傳統(tǒng)機(jī)械打磨方式進(jìn)行對比。(3)單搭接試樣力學(xué)性能測試及維修效果驗(yàn)證對單搭接試樣搭接部位表面進(jìn)行激光表面處理,采用真空袋固化成形,對單搭接試樣進(jìn)行力學(xué)性能測試及維修效果驗(yàn)證。研究結(jié)果表明,對復(fù)合材料進(jìn)行激光表面處理后,相對于原始表面及機(jī)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(yàn)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(tuán)比例也明顯高于原始表面及機(jī)械打磨表面。根據(jù)界面粘附理論,以上表面微觀物理化學(xué)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(xué)試驗(yàn)結(jié)果證實(shí),相對于機(jī)械打磨方式,激光處理后單搭接試樣力學(xué)性能明顯提高,且離散系數(shù)更小。論文研究成果證實(shí)了激光表面處理技術(shù)應(yīng)用于民機(jī)復(fù)合材料維修領(lǐng)域的可行性,為激光表面處理技術(shù)的工程應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。
【關(guān)鍵詞】：民機(jī)復(fù)合材料 激光表面處理 膠結(jié)修理 微觀特征 力學(xué)驗(yàn)證
【學(xué)位授予單位】：中國民用航空飛行學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(yàn)22-33
• 2.1 試驗(yàn)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(shè)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(jì)算28-33
• 第三章 試驗(yàn)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(xué)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(jì)算分析44-45
• 3.4 表面微觀特征與維修界面膠結(jié)強(qiáng)度的內(nèi)在關(guān)聯(lián)分析45-47
• 第四章 單搭接力學(xué)測試驗(yàn)證47-56
• 4.1 試樣制備及試驗(yàn)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(yàn)設(shè)備及方法49-50
• 4.2 失效強(qiáng)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(xiàn)58-62
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果62-63
• 致謝63

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本文編號：798462