復合材料挖補修理技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

楊獻宇

摘 要：復合材料在風電葉片上有著十分廣泛的應用，同時也推動了復合材料挖補修理技術(shù)的發(fā)展。從目前復合材料挖補修理技術(shù)的發(fā)展而言，主要包括損傷檢測與評估、維修設(shè)計、維修工藝、維修驗證與評估，均取得了很好的研究成果。基于此，本文重點分析論述復合材料挖補修理技術(shù)研究現(xiàn)狀，并淺談今后復合材料挖補修理技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：復合材料;挖補修理技術(shù);維修工藝

在風電葉片制造過程中，因為工藝方法、外部荷載、材料質(zhì)量及環(huán)境等因素的影響，導致復合材料難免會出現(xiàn)損傷，但復合材料所出現(xiàn)的損傷通常不會直接顯露在結(jié)構(gòu)的表面，而是會隱藏在結(jié)構(gòu)的內(nèi)部[1]。復合材料所出現(xiàn)的損傷會嚴重影響承載能力，這對風電葉片的安全使用有很大的威脅。基于此，掌握復合材料各種故障的挖補修理技術(shù)尤為關(guān)鍵，務必給予高度的重視。

1復合材料挖補修理技術(shù)

就復合材料的挖補修理技術(shù)來說，其依賴于無損檢測技術(shù)，可以精準確定出結(jié)構(gòu)損傷源，而后去除損傷材料補上新材料。目前在復合材料的挖補修理技術(shù)中，最為常用的有兩種，一種是斜接式，另外一種是階梯式，均有較為廣泛的應用。總的來說，復合材料挖補修理技術(shù)主要有以下四種：

①損傷檢測與評估：在確定復合材料的結(jié)構(gòu)損傷時，要做到精確定位和量化，當前主要是通過某種無損檢測技術(shù)來確定復合材料的損傷位置與范圍。就復合材料所出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)損傷來說，主要有穿孔、分層、基體破裂、凹坑、纖維斷裂。為有效檢測出這些結(jié)構(gòu)損傷，通常情況下需要使用多種無損檢測技術(shù)，可以確保損傷評估的精確度。

②維修設(shè)計：在維修設(shè)計過程中必須要采用可靠的計算分析方法，對復合材料結(jié)構(gòu)故障開展全面的檢查分析，以此來確定補片的幾何形狀、材料選擇、膠粘劑、補片鋪層順序與層數(shù)。從目前復合材料挖補修理中所使用的分析方法來看，主要有兩種，即有限元法、解析法。

③維修工藝：待確定維修設(shè)計方案后，即可以應用維修工藝來進行復合材料的維修。在損傷材料去除時可以使用復合材料加工技術(shù)，維修時要對待膠接面做好表面處理。

④維修驗證與評估：待維修工作結(jié)束后，要采用相應的驗證技術(shù)來評估維修工作的成效，確保維修后的結(jié)構(gòu)可以滿足要求。

2復合材料挖補修理技術(shù)研究現(xiàn)狀

2.1損傷評估

在復合材料的挖補修理技術(shù)體系中，損傷評估技術(shù)占據(jù)有重要的地位，所發(fā)揮出的作用十分顯著。目前來看，損傷評估中所包括的技術(shù)主要是無損檢測技術(shù)與修理容限技術(shù)，無損檢測技術(shù)中又包含著超聲波、熱成像、剪切散斑。以其中的熱成像技術(shù)為例來說，當前的應用已經(jīng)十分的廣泛，非常適合應用在復合材料結(jié)構(gòu)損傷的檢測中。具體來說，當前所使用的熱成像技術(shù)可以量化出復合材料結(jié)構(gòu)損傷的大小與深度，檢測工作所花費的時間短，且可以單邊檢測。但是也存在一定的局限性，比如需要精密的紅外相機和外部熱源，造價會比較高。

2.2維修設(shè)計

當前復合材料挖補修理技術(shù)中的維修設(shè)計工作主要依賴于兩種方法，即基于解析模型的維修設(shè)計、基于數(shù)值模型的維修設(shè)計。以基于解析模型的維修設(shè)計為例來說，在設(shè)計時主要借助連續(xù)介質(zhì)力學、積分方程法、廣義平面應力等線彈性理論，可以有效的計算出復合材料挖補修理膠層的應力分布情況與裂紋，繼而知曉膠層的厚度與接頭長度[2]。但這種設(shè)計方式也存在著一定的問題，比如解析模型的線彈性理論無法精準的描述出復合材料結(jié)構(gòu)的缺陷，母體與補片的幾何形狀也無法準確融入到解析模型中去。

2.3維修工藝

維修工藝的科學應用對復合材料挖補修理意義重大，也是一直以來重點研究的內(nèi)容。借助已經(jīng)完成的維修設(shè)計方案，可以采用多種維修工藝來制造補片和構(gòu)件，有效的去除復合材料的損傷區(qū)域，保證復合材料的質(zhì)量。目前復合材料挖補修理所使用的維修工藝主要有損傷材料去除、補片制造、表面處理、膠接固化這種工藝。以其中的表面處理為例來說，重點是要提升復合材料機械的粘附力，確保膠粘層與維修母體的分子與原子可以相互作用[3]。在應用開展表面處理工作時，不僅僅要清潔復合材料的表面，而且要對表面的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)作一改變，增強復合材料的粘附力，打磨結(jié)合溶劑清洗是目前一種非常實用的表面處理工藝，但在改變復合材料物理性質(zhì)與化學性質(zhì)方面未能發(fā)揮良好的作用。基于此，近年來開始應用了等離子、脈沖激光燒蝕等表面處理方法，可很好的改變復合材的物理性質(zhì)與化學性質(zhì)，應用優(yōu)勢顯著。

2.4復合材料挖補修理技術(shù)的發(fā)展趨勢

復合材料挖補修理技術(shù)對風電葉片的安全應用有著至關(guān)重要的意義，但當前階段的復合材料挖補修理技術(shù)還有不足之處，后續(xù)必須要進一步加大復合材料挖補修理技術(shù)的研究力度。總的來說，后續(xù)要將重點放在以下方面：

①為提升復合材料的損傷檢測與評估質(zhì)量，單純依賴無損檢測技術(shù)與修理容限技術(shù)還無法有效實現(xiàn)，后續(xù)要努力朝著非接觸式損傷檢測與評估技術(shù)的方向發(fā)展。

②當前所使用的機械加工方式并不能很有效的除掉復合材料的損傷材料，后續(xù)要進一步去發(fā)展激光切割技術(shù)和水切割技術(shù)，努力實現(xiàn)復合材料的自動化去除。

③要想對復合材料的表面進行有效的物理處理和化學處理，改變其特性，必須具備先進的表面處理方法。在復合材料的表面處理技術(shù)研究中要進一步加大力度。

3結(jié)語

復合材料挖補修理技術(shù)的應用優(yōu)勢十分顯著，對風電葉片的安全使用有重要意義，但鑒于當前所使用的復合材料挖補修理技術(shù)還有較多局限和不足。因此，今后要進一步加大研究力度，尤其是做好損傷評估技術(shù)、維修設(shè)計、維修工藝這三個方面的研究工作，以便更好的增強復合材料挖補修理技術(shù)的應用效果。

參考文獻：

[1]趙書寒，李成，段玥晨.基于漸進損傷理論的復合材料挖補修理結(jié)構(gòu)靜拉伸強度數(shù)值分析[J].科學技術(shù)與工程，2019，19（36）：99-104.

[2]趙志彬，謝逸夫，劉志琪.復合材料蜂窩結(jié)構(gòu)漸進損傷評估及挖補修理研究[J].西北工業(yè)大學學報，2020，38（5）：7.

[3]包嘯，何凱，周建.復合材料泡沫夾層結(jié)構(gòu)板-芯缺陷注射修補工藝研究[J].化工新型材料，2020，48（9）：243-246.