用于缺陷修复的方法和补丁技术

一种用于修复具有缺陷(182)的结构(180)的补丁(100)，缺陷(182)具有形貌，补丁(100)包括：至少部分为金属的补丁主体(102)；与缺陷(182)的形貌相容的结合表面(104)；和与结合表面(104)相对的补丁表面(106)，其中，补丁(100)具有可变的孔隙率和一组材料特性；和其中，一组材料特性中的至少一个材料特性由于可变的孔隙率而变化。

【技术实现步骤摘要】
用于缺陷修复的方法和补丁
本专利技术涉及一种用于缺陷修复的方法和补丁。
技术介绍
在过去的20年中，复合结构在商用机身结构中的使用越来越多。由于商用机身的使用寿命长，可长达40年，在设计中部署复合结构的阻碍因素是难以对复合结构中的缺陷进行修复，从而使复合结构无法在设计性能的可接受范围内发挥作用。这种困难是由于复合结构中材料特性的各向异性而引起的，这是不可避免的，因为各向异性是复合材料中合乎需要的特性。进行充分修复的另一个困难是，商用机身从主要修复设施到远程位置行进很长的距离，使得需要在机身上使用固定或复杂设备(例如高压灭菌处理)的修复无法在远程位置部署。例如在专利公开WO2015/050634中讨论的将补丁应用于缺陷的已知方法涉及去除原始缺陷周围的材料以改善对缺陷形貌的了解(例如，可以将去除工具路径用作以非常高的精度指示缺陷形貌的数据)。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决或克服上述困难中的一个或多个，或者至少提供上述缺陷修复方法的有用备选方案。在第一方面，本专利技术提供了一种用于修复具有缺陷的结构的补丁，该缺陷具有一定形貌，该补丁包括：至少部分为金属的补丁主体；与缺陷的形貌相容的结合表面；和与结合表面相对的补丁表面；其中，补丁具有可变的孔隙率和一组材料特性；以及其中，该组材料特性中的至少一个材料特性由于可变的孔隙率而变化。适当地，该组材料特性包括杨氏模量、泊松比、屈服强度、极限抗拉强度和热膨胀系数。优选地，补丁主体包括第一区域和第二区域，每个区域具有：孔隙率；和一组材料特性；其中，第一区域的孔隙率不同于第二区域的孔隙率，且因此，第一区域的至少一个材料特性不同于第二区域的材料特性。优选地，第一区域包括第一补丁层，第二区域包括第二补丁层，第一和第二补丁层位于结合表面和补丁表面之间，其中，每个补丁层被构造为当将补丁应用到结构上时，位于该结构的相应结构层附近，并且其中，每个补丁层的孔隙率被预先确定成使得：与第二结构层相比，第一补丁层的至少一个材料特性与第一结构层更相容；和与第一结构层相比，第二补丁层的至少一个材料特性与第二结构层更相容。优选地，第一区域包括第一径向部分，且第二区域包括第二径向部分，第一和第二径向部分位于与补丁的中心轴线不同的距离处。优选地，第二径向部分定位成比第一径向部分更远离中心轴线，并且其中第二径向部分的孔隙率高于第一径向部分的孔隙率。优选地，第一和/或第二径向部分的孔隙率变化，使得杨氏模量以220GPam-1至1700GPam-1的速率变化。优选地，该补丁还包括在第一径向部分和第二径向部分之间的第三径向部分，并且其中，第三径向部分的孔隙率在第一径向部分的孔隙率和第二径向部分的孔隙率之间的范围内。优选地，补丁表面具有介于70％至90％之间、最优选地约为80％的预先确定表面孔隙率。优选地，补丁主体包括：叠加件部分，其被构造为当将补丁应用到结构时，延伸超过缺陷的形貌。优选地，叠加件部分具有孔隙率和一组材料特性，并且其中，叠加件部分的至少一个材料特性由孔隙率预先确定。优选地，使用叠层制造来至少部分地制造补丁。优选地，补丁主体包括金属蜂窝状网格材料，该蜂窝状网格材料具有多个空隙和金属网格，空隙体积与金属体积的比例决定了金属蜂窝状网格材料的孔隙率。优选地，预先确定空隙体积和/或金属体积以控制该可变的孔隙率。优选地，空隙具有空隙轴线，该空隙轴线以空隙角横向于补丁表面。优选地，空隙角根据距补丁的中心轴线的距离而变化。优选地，金属网格包括以下结构中的至少一种：蜂窝；和螺旋体。优选地，该多个空隙中的大部分空隙的主截面尺寸具有小于1mm的大小。优选地，该补丁至少部分地由因瓦合金36或Ti-6Al-4V(等级5)或TI-6Al-4VELI(等级23)制成。优选地，可变的孔隙率被预先确定成根据距中心轴线的距离而变化。优选地，结合表面具有用于增加结合表面的表面积以改善对粘合剂的粘附力的表面特征。优选地，表面特征包括从结合表面延伸的钩或具有钩形截面的延伸部。优选地，该表面特征包括从结合表面延伸的多个锥体。在第二方面，本专利技术提供了一种用于修复具有缺陷的结构的方法，该方法包括以下步骤：获取缺陷的形貌；形成至少部分为金属并且与缺陷的形貌相容的补丁，该补丁包括：补丁主体，其具有：可变的孔隙率；和一组材料特性；与缺陷的形貌相容的结合表面；及与结合表面相对的补丁表面；其中，该可变的孔隙率被预先确定成使得该组材料特性中的至少一个材料特性由于可变的孔隙率而变化；以及使用粘合剂层将补丁应用到缺陷处。优选地，该结构是具有第一结构层和第二结构层的复合结构，并且获取形貌的步骤还包括：获取与第一和第二结构层的一组材料特性有关的信息，以及其中补丁主体具有第一区域和第二区域，每个区域具有：孔隙率；和一组材料特性。其中，第一区域包括第一补丁层，第二区域包括第二补丁层，第一和第二补丁层位于结合表面和补丁表面之间，其中，每个补丁层被构造为在应用了补丁之后，定位在结构的相应结构层附近，以及其中，每个补丁层的孔隙率被预先确定成使得：与第二结构层相比，第一补丁层的至少一个材料特性与第一结构层更相容；和与第一结构层相比，第二补丁层的至少一个材料特性与第二结构层更相容。优选地，补丁主体包括叠加件部分，并且应用补丁的步骤还包括：应用补丁，使得叠加件部分延伸超出缺陷的形貌。优选地，使用叠层制造工艺至少部分地执行形成补丁的步骤。优选地，叠层制造工艺在第一平面中沉积材料层，并且其中，正在形成的补丁主体在第二平面中延伸，该第二平面垂直于第一平面。优选地，形成补丁的步骤包括：在单个叠层制造工艺中形成多个补丁。优选地，补丁主体形成为包括金属蜂窝状网格材料，该蜂窝状网格材料具有多个空隙和金属网格，空隙体积与金属体积的比例确定金属蜂窝状网格材料的孔隙率。优选地，补丁至少部分地由镍合金，优选因瓦合金36；或钛合金，优选Ti-6Al-4V制成。附图说明现在将参考附图仅通过示例的方式描述本专利技术的优选实施例：图1是根据本专利技术的优选实施例的被应用于结构的补丁的示意性透视截面图。图2是图1的补丁的示意性侧视截面图。图3是用于制造图1的补丁的金属蜂窝状网格材料的示意图。图4是根据本专利技术的另一实施例的被应用于结构的补丁的示意性侧视截面图。图5是示出图4的补丁根据距中心轴线的距离变化的刚度的图。图6是根据本专利技术的另一实施例的被应用于结构的补丁的示意性侧视图7是示出图6的补丁根据距中心轴线的距离变化的刚度的图。图8是根据本专利技术的另本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于修复具有缺陷的结构的补丁，所述缺陷具有形貌，所述补丁包括：/n至少部分为金属的补丁主体；/n与所述缺陷的形貌相容的结合表面；和/n与所述结合表面相对的补丁表面；/n其中，所述补丁具有可变的孔隙率和一组材料特性；且/n其中，所述一组材料特性中的至少一个材料特性由于所述可变的孔隙率而变化。/n

【技术特征摘要】
20191127 AU 20199044851.一种用于修复具有缺陷的结构的补丁，所述缺陷具有形貌，所述补丁包括：
至少部分为金属的补丁主体；
与所述缺陷的形貌相容的结合表面；和
与所述结合表面相对的补丁表面；
其中，所述补丁具有可变的孔隙率和一组材料特性；且
其中，所述一组材料特性中的至少一个材料特性由于所述可变的孔隙率而变化。


2.根据权利要求1所述的补丁，其中，所述补丁主体包括第一区域和第二区域，每个区域具有：
孔隙率；和
一组材料特性；
其中，所述第一区域的孔隙率不同于所述第二区域的孔隙率，且因此，所述第一区域的至少一个材料特性不同于所述第二区域的材料特性。


3.根据权利要求2所述的补丁，其中，所述第一区域包括第一补丁层，并且所述第二区域包括第二补丁层，所述第一补丁层和所述第二补丁层位于所述结合表面和所述补丁表面之间，其中，每个补丁层被构造为在将所述补丁应用到所述结构时，定位在所述结构的相应结构层附近，并且
其中，每个补丁层的孔隙率被预先确定成使得：
与第二结构层相比，所述第一补丁层的至少一个材料特性与第一结构层更相容；和
与所述第一结构层相比，所述第二补丁层的至少一个材料特性与第二结构层更相容。


4.根据权利要求2所述的补丁，其中，所述第一区域包括第一径向部分，并且所述第二区域包括第二径向部分，所述第一径向部分和所述第二径向部分位于距所述补丁的中心轴线不同的距离处。


5.根据权利要求4所述的补丁，其中，所述第二径向部分定位成比所述第一径向部分更远离所述中心轴线，并且其中，所述第二径向部分的孔隙率高于所述第一径向部分的孔隙率。


6.根据权利要求4所述的补丁，其中，所述第一径向部分和/或第二径向部分的孔隙率变化，使得杨氏模量以220GPam-1至1700GPam-1之间的速率变化。


7.根据权利要求4所述的补丁，其中，所述补丁还包括在所述第一径向部分和所述第二径向部分之间的第三径向部分，并且其中，所述第三径向部分的孔隙率在所述第一径向部分的孔隙率和所述第二径向部分的孔隙率之间的范围内。


8.根据权利要求1所述的补丁，其中，所述补丁表面具有在70％至90％之间的预先确定的表面孔隙率。


9.根据权利要求1所述的补丁，其中，所述补丁主体包括：
叠加件部分，所述叠加件部分被构造为当所述补丁被应用到所述结构时，延伸超过所述缺陷的形貌。


10.根据权利要求9所述的补丁，其中，所述叠加件部分具有孔隙率和一组材料特性，并且其中，所述叠加件部分的至少一个材料特性由所述孔隙率预先确定。


11.根据权利要求1所述的补丁，其中，所述补丁使用叠层制造至少部分地制造。


12.根据权利要求1所述的补丁，其中，所述补丁主体包括金属蜂窝状网格材料，所述蜂窝状网格材料具有多个空隙和金属网格，空隙体积与金属体积的比例决定了所述金属蜂窝状网格材料的孔隙率。


13.根据权利要求12所述的补丁，其中，所述空隙体积和/或所述金属体积被预先确定以控制所述可变的孔隙率。


14.根据权利要求12所述的补丁，其中，所述空隙具有空隙轴线，所述空隙轴线以空隙角横向于所述补丁表面。


15.根据权利要求14所述的补丁，其中，所述空隙角根据距所述补丁的中心轴线的距离而变化。


16...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·舒贝尔，曾学森，P·卡鲁斯，
申请(专利权)人：南昆士兰大学，
类型：发明
国别省市：澳大利亚;AU