[发明专利]一种碳纤维修补船用复合材料结构的方法

说明书

本发明公开了一种碳纤维修补船用复合材料构件的方法，涉及复合材料技术领域，具体包括如下步骤：步骤1：获取复合材料构件的损伤数据并分析；步骤2：清理损伤部位形成修复空间，获取修复空间数据；步骤3：根据所述损伤数据和所述修复空间数据，确定碳纤维布的使用面积和胶黏剂的用量，设计所述碳纤维布的铺层角度和层数；步骤4：胶粘剂浸润碳纤维布并低温保存，采用浸润后的碳纤维布对所述复合材料构件的损伤部位进行铺层粘接并加压，完成船用复合材料构件的修补。本发明的设计性强，适应损伤范围广，修补的针对性可靠性强，修补方法操作简单，其修补后的复合材料构件服役状况良好，提高了船用复合材料构件的使用寿命。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体而言，涉及一种碳纤维修补船用复合材料结构的方法。

背景技术

随着对船用材料轻质高强的要求越来越高，舰船上大部分构件都是由复合材料构件组成的。当使用年限增加或受到外力冲撞时，这些复合材料构件往往会受到不同程度的损伤，极容易造成缺陷损伤，例如造成纤维断裂或破口等。由于复合材料损伤机理比较复杂，修复复合材料结构时，受服役条件和承载方式的影响，并不像金属构件一样容易修复，国内外对复合材料的修复方法研究较少。而传统的修复方法像挖补法、机械连接法等，施工工艺复杂且会对结构造成进一步损伤，缺陷多，成型质量差，修复的区域也容易再次形成损伤。

发明内容

本发明解决的问题是水下修补船用复合材料损伤困难，传统修复方式工艺复杂的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种碳纤维修补船用复合材料构件的方法，包括如下步骤：

步骤1：获取复合材料构件的损伤数据并分析；

步骤2：清理损伤部位形成修复空间，获取修复空间数据；

步骤3：根据所述损伤数据和所述修复空间数据，确定碳纤维布的使用面积和胶黏剂的用量，设计所述碳纤维布的铺层角度和层数；

步骤4：胶粘剂浸润碳纤维布并低温保存，采用浸润后的碳纤维布对所述复合材料构件的损伤部位进行铺层粘接并加压，完成船用复合材料构件的修补。

进一步地，步骤1中，所述获取复合材料构件的损伤数据并分析，包括：

获取所述复合材料构件的损伤位置和损伤范围，并采用数值模拟分析损伤处的损伤容限和剩余强度。

进一步地，步骤1中，所述获取复合材料构件的损伤数据并分析后，还包括：

判断所述复合材料构件的损伤部位是否需要修复。

进一步地，步骤2中，所述清理损伤部位的方式包括：

去除所述损伤部位表面杂质，对损伤处进行毛化处理后，根据损伤处的材料类型及性能要求，采用丙酮、乙醇等溶剂清洗所述损伤部位或者采用火焰处理工艺使所述损伤部位表面氧化。

进一步地，步骤3中，所述设计所述碳纤维布的铺层角度和层数，包括：

按照承载方向设计所述碳纤维布的铺层角度和层数。

进一步地，所述按照承载方向设计所述碳纤维布的铺层角度，包括：

当所述承载为单轴向拉伸或压缩载荷时，所述碳纤维布的纤维铺设方向与载荷方向一致；当所述承载为双轴向拉伸或压缩载荷时，所述碳纤维布的纤维铺设方向按受载方向0°、90°正交铺设；当所述承载为剪切载荷时，所述碳纤维布的纤维铺设方向按+45°，-45°成对铺设；当所述承载为拉伸、压缩或剪切的复合载荷时，所述碳纤维布的纤维铺设方向按照0°、90°、+45°、-45°多向铺设。

进一步地，所述按照承载方向设计所述碳纤维布的铺层角度和层数，还包括：

当所述碳纤维布铺层时，同角度最大连续铺层为3层以下。