[发明专利]复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法

说明书

本发明涉及一种复合材料连接结构自然暴露试验结果的评价方法，包括获取试样和前处理、形貌观察、损伤检测、力学性能测试和数据分析等步骤。该方法通过从宏观‑细观‑微观多层次的分析复合材料连接结构的外观形貌和微观组织变化结果，并结合损伤表征和力学性能测试结果，建立微观组织变化和力学性能变化规律的联系，能够更准确、真实地反映复合材料连接结构在自然环境腐蚀作用和老化作用交互影响下的性能变化规律，促进复合材料连接结构环境适应性试验技术的发展。

技术领域

本发明涉及复合材料环境适应性技术领域，特别是涉及复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法。

背景技术

复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

复合材料可分为常用和先进两类，先进复合材料指用高性能增强体如碳纤维、芳纶等由高性能耐热高聚物构成的复合材料。应装备轻质化、高性能、小型化要求，先进复合材料以其高比强度、高比模量及性能可设计等优势，成为航空航天结构材料领域的重要组成部分。复合材料一般由基体材料和增强材料复合而成；基体材料主要是各种金属材料，增强材料一般采用各种纤维材料，其中增强材料在复合材料中起主要作用，用来提供刚度和强度，而基体材料用来支持和固定纤维材料，传递纤维间的载荷。受复合材料制备工艺限制，航空航天大型复合材料构件的装配过程中需要通过大量的连接结构(如铆接或螺接等)来进行连接，复合材料连接结构保证了飞机及其它航空航天器的整体性，可以有效提高飞行器的机动性能。然而，由于复合材料连接结构的层合板存在装配孔(如铆接孔或螺接孔等)，切断了纤维的连续性，导致装配孔周边应力状态极其复杂，成为承载的薄弱环节。据统计，飞行器结构的破坏有70％以上都是发生在连接部位。同时紧固件材料和复合材料层合板为异质材料，在潮湿环境下易发生电化学腐蚀；另外，复合材料本身在高温、高湿条件下也会发生老化。腐蚀和老化的共同作用必然对复合材料力学性能造成损伤，导致结构的承载能力降低。因此，准确的对复合材料连接结构的腐蚀及老化机理深入了解成为了研究者重点关注的研究热点。

在复合材料连接结构的腐蚀及老化机理研究方面，主要包括两种方法：自然环境试验和实验室模拟环境试验。目前开展的工作主要集中在通过加速腐蚀的方法研究连接结构腐蚀及老化效应的实验室模拟环境试验方面，而最能真实可靠反映复合材料连接结构腐蚀、老化行为特征的自然环境试验却开展得很少。目前，针对复合材料连接结构在自然环境中的腐蚀及老化行为，还没有形成系统有效的评价方法。因此，亟需提出一套适用于复合材料连接结构自然暴露试验结果的评价方法。

发明内容

基于此，有必要针对现有复合材料连接结构自然暴露试验结果的评价方法缺失的问题，提供一种复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法，可以从宏观-细观-微观多层次表征经自然环境试验的复合材料连接结构的外观形貌、组织结构到力学性能退化规律。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。

复合材料连接结构自然暴露试验结果评价方法，包括以下步骤：

试样获取及前处理：按照试验周期取自然环境暴露的试样，对试样进行冲洗、烘干处理，测量试样的尺寸，并做好记录；所述试样由紧固件和层合板组成，所述层合板上设有装配孔，所述层合板上位于所述装配孔附近设有检测区域；所述紧固件穿过所述装配孔将所述层合板连接固定；所述层合板的材料为复合材料，所述复合材料由基体和增强体复合而成；

形貌观察：目测观察所述紧固件的表面和所述检测区域，利用相机对所述紧固件和所述检测区域的表面进行照相，得到所述紧固件的表面及所述检测区域的表面的宏观形貌；利用金相显微镜观察得到所述紧固件和所述检测区域的微观形貌特征；利用带能谱分析的扫描电镜分析确定所述紧固件的表面被腐蚀后的产物组成成分；