● 摘要
本文介绍了国内外航空结构件的损伤修复方法及其发展现状。根据碳纤维增强聚酰亚胺（T300 / BMP-316）复合材料的损伤特性，制备出相应的粘接剂，采用胶接技术对其进行再生修复。粘接剂由环氧改性有机硅树脂、碳纤维及铝粉等填料混合制成，用其对T300 / BMP-316复合材料进行单搭接胶接，并于250 ℃下固化以完成修复。利用多元正交法设计实验，并以修复试样的层间剪切强度作为衡量其粘接性能的指标，优化修复工艺，得到的试样粘接强度超出了T300 / BMP-316复合材料自身层间剪切强度近7 MPa。对微观结构的分析发现，内应力的释放和微裂纹的扩展在胶层中得到了有效的控制，从而使断裂优先发生于复合材料本身。粘接失效模型指出，修复试样的失效模式属于基体失效，属于优秀的胶接。在T300 / BMP-316复合材料的极限使用温度下（280 ℃），通过热冲击试验评估修复试样的耐热疲劳性能，结果表明：修复试样在280 ℃下的热冲击寿命可达200次以上，耐热疲劳性能较为突出。通过63 ℃典型介质中的湿热老化试验研究修复结构的耐老化性能。由粘接层的吸湿动力学分析可知，水分在其中的扩散系数D仅为2.424×10-7 m2•s-1，修复试样的吸湿量相对于T300 / BMP-316复合材料有所减少，耐老化性能得到提高；对老化120 h前后的粘接剂进行红外谱测试，发现谱峰未发生任何变化，这说明粘接剂的耐化学介质性能较好，但老化400 h后，胶层内部出现物理塑化 / 溶胀作用，引发微观开裂，这可能对粘接剂的长期使用造成限制。利用上述工艺对T300 / BMP-316复合材料薄板结构进行现场修复，针对不同类型的损伤，修复结构亦有所不同。本文将实际修复结构简化为统一的模型，并采用有限元法进行建模分析。在复合材料疲劳试验验证和疲劳寿命预测理论的基础上，针对修复结构应力分布复杂的特点，向剩余强度衰减模型中引入局部应力应变法的分析思想，建立起复合材料修复结构的疲劳寿命预测模型，提出了胶接修复结构寿命预测的思路。