一种碳纤维修补船用复合材料结构的方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术的设计性强，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。高了船用复合材料构件的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种碳纤维修补船用复合材料结构的方法


[0001]本专利技术涉及复合材料
，具体而言，涉及一种碳纤维修补船用复合材料结构的方法。

技术介绍

[0002]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。

技术实现思路

[0003]本专利技术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。
[0004]为解决上述问题，本专利技术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：
[0005]步骤1：获取复合材料构件的损伤数据并分析；
[0006]步骤2：清理损伤部位形成修复空间，获取修复空间数据；
[0007]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；
[0008]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。
[0009]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：
[0010]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。
[0011]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：
[0012]判断所述复合材料构件的损伤部位是否需要修复。
[0013]进一步地，步骤2中，所述清理损伤部位的方式包括：
[0014]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。
[0015]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：
[0016]按照承载方向设计所述碳纤维布的铺层角度和层数。
[0017]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：
[0018]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。
[0019]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：
[0020]当所述碳纤维布铺层时，同角度最大连续铺层为3层以下。
[0021]进一步地，步骤4中，所述胶粘剂为水下可固化胶粘剂。
[0022]进一步地，步骤4中，所述低温为低于胶粘剂固化温度。
[0023]进一步地，步骤4中，所述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后，包括：用刮板去除所述损伤部位粘接处的气泡。
[0024]进一步地，步骤4中，所述加压方式包括：
[0025]若所述损伤部位粘接处平整，采用重物在所述损伤部位粘接处加压；若所述损伤部位粘接处不平整，采用充气气囊在所述损伤部位粘接处加压。
[0026]进一步地，步骤4中，采用充气气囊进行加压时，气囊放置在损伤处与压板之间，所述压板为弧形，所述压板的两端开设有圆形孔洞，采用紧线器连接所述压板与所述损伤部位用于所述充气气囊充气时挤压气囊实现加压。
[0027]本专利技术所述的一种碳纤维修补船用复合材料构件的方法相对于现有技术的有益效果包括：
[0028]本专利技术通过获取复合材料构件的损伤数据并分析，实现对损伤部位情况的确切掌握，又通过获取修复空间数据，进而以上述数据为依据实现对碳纤维布的使用面积和胶黏剂的用量确定，并对碳纤维布的铺层角度和层数进行设计，设计性强，适应损伤范围广，修补的针对性可靠性强，充分实现修补质量的提高。同时碳纤维布具有良好的耐腐蚀特性和力学性能，采用碳纤维修补技术进行修补时，其修复质量较高，满足实际修复的需求的同时能够提高损伤部位的力学性能，且修补方法操作简单、成本低廉、具有较高的修复效率。特别适合水下修补，提高了修补及时性，其修补的复合材料构件往往能够继续服役且服役状况良好，进而提高船用复合材料构件的使用寿命。
具体实施方式
[0029]下面将结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。
[0030]本专利技术实施例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：
[0031]步骤1：获取复合材料构件的损伤数据并分析；
[0032]步骤2：清理损伤部位形成修复空间，获取修复空间数据；
[0033]步骤3：根据损伤数据和修复空间数据，确定碳纤维布的使用面积和胶黏剂的用量，设计碳纤维布的铺层角度和层数；
[0034]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。
[0035]本专利技术实施例通过获取复合材料构件的损伤数据并分析，实现对损伤部位情况的
确切掌握，又通过获取修复空间数据，进而以上述数据为依据实现对碳纤维布的使用面积和胶黏剂的用量确定，并对碳纤维布的铺层角度和层数进行设计，设计性强，适应损伤范围广，修补的针对性可靠性强，充分实现修补质量的提高。同时碳纤维布具有良好的耐腐蚀特性和力学性能，采用碳纤维修补技术进行修补时，其修复质量较高，满足实际修复的需求的同时能够提高损伤部位的力学性能，且修补方法操作简单、成本低廉、具有较高的修复效率。特别适合水下修补，提高了修补及时性，其修补的复合材料构件往往能够继续服役且服役状况良好，进而提高船用复合材料构件的使用寿命。
[0036]舰船上大部分构件都是由复合材料构件组成的，随着使用年限的增加或受到外力冲撞，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，例如造成纤维断裂与破口。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，因此需要针对具体损伤进行合理的修补方式，因此，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维修补船用复合材料构件的方法，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的碳纤维修补船用复合材料构件的方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的碳纤维修补船用复合材料构件的方法，其特征在于，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。4.根据权利要求1所述的碳纤维修补船用复合材料构件的方法，其特征在于，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。5.根据权利要求1所述的碳纤维修补船用复合材料构件的方法，其特征在于，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。6.根据权利要求5所述的碳纤维修补船用复合材料构件的方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓东，张鑫，郑婷，乔英杰，张晓红，边啸天，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：