CN103358660A - 用于修复复杂的层状复合材料的工艺 - Google Patents

Abstract

利用复合材料的较弱的层间性能，通过剥离去除单个的损伤层片，进而可修复复杂的层状复合材料。通过剥离去除单个损伤层片时，可添加替换层片以使该层状复合材料恢复。此外，当损伤延伸穿过层状复合材料的厚度时，插头可被用于使得层片能够被更换同时保持待修区域内的轮廓。垫板也可被用于硬化并保持待修区域的轮廓同时从该待修区域中剥离并去除层片。

Description

用于修复复杂的层状复合材料的工艺

技术领域

本公开总体上涉及复合材料的修复，更具体地，涉及复杂的层状复合材料的修复工艺。

背景技术

复合材料在飞行器结构的制造中变得越来越普遍。当这些复合材料发生结构损伤时，对层片进行砂纸打磨或切削可被用于进行修复，并且可被用于实现阶梯式嵌接修复中的单独步骤或锥形连接修复中的连续过渡。然而，使用这种技术时，可能难以保持嵌接的深度、层片终止的限定、和/或整个待修区域的锥角的一致性。此外，如果存在贯穿损伤，可能需要工具以保持包括待修区域的部件的轮廓，由此需要拆卸并去除其他并不需要维修的部件从而使包括待修区域的部件可以装配至该工具中。

发明内容

本公开的实施方式可以提供一种用于修复层状复合材料的方法，该方法包括：映射多个形成该层状复合材料的层片的尺寸和布置，通过确定多个层片中至少一个被损伤的层片而限定待修区域，从该待修区域中剥离并去除被损伤的层片，其中，每个损伤层片被单独剥离并去除，以及向该待修区域添加至少一个替换层片。每个待剥离并去除的损伤层片可在剥离前被单独刻线。添加的替换层片的数量可至少等于被单独剥离并去除的损伤层片的数量。在本公开的一些实施方式中，替换层片的数量可大于被单独剥离并去除的损伤层片的数量。可以以重叠的方式添加至少一个替换层片。此外，附加的替换层片可被添加至待修区域的各侧面以进一步增强待修区域。

该方法可进一步包括创建修复补丁以及使该修复补丁对齐并结合在该待修区域内。该修复补丁可通过形成第一层、形成至少一个附加层以及使该第一层与所述至少一个附加层对齐而创建，该第一层与形成层状复合材料的多个层片的映射的尺寸和布置匹配，所述至少一个附加层与形成层状复合材料的多个层片的映射的尺寸和布置匹配。该方法还可包括引入垫板以保持该待修区域的轮廓同时从该待修区域中剥离并去除损伤层片。

本公开的其他实施方式旨在提供一种用于修复层状复合材料的方法，其包括定位并限定层状复合材料的待修区域，该层状复合材料具有多个层片层，创建修复补丁，剥离并去除多个层片层中的具有损伤的一个或多个层片层，以及使修复补丁对齐并结合至多个层片层中的保留在该待修区域的一个或多个层片层。该方法可进一步包括映射形成层状复合材料的多个层片层的尺寸和布置。多个层片层中的具有损伤的一个或多个层片层的每一个均可被单独剥离并去除。此外，多个层片层中待剥离并去除的一个或多个层片层的每一个均可在剥离前被单独刻线。

修复补丁可通过形成第一层、形成至少一个附加层以及使该第一层与至少一个附加层对齐而创建，该第一层与形成层状复合材料的多个层片层的映射的尺寸和布置匹配，所述至少一个附加层与形成层状复合材料的多个层片层的映射的尺寸和布置匹配。形成修复补丁的层的数量可至少等于具有损伤的被单独剥离并去除的层片层的数量。

本公开的附加实施方式可提供一种用于修复具有多个层片层的层状复合材料的方法，该方法包括定位多个层片中的一个或多个层片的损伤，多个层片中的一个或多个损伤层片的位置形成了待修区域，从待修区域中去除多个层片中一个或多个损伤层片，将牺牲插头固定至待修区域，剥离并去除该牺牲插头的至少一层，以及将至少一个替换层片添加至待修区域。该牺牲插头可由与形成层状复合材料的多个层片相同的材料形成。剥离并去除的步骤以及添加至少一个替换层片的步骤可被重复直至牺牲插头的每一层都被去除。该方法可进一步包括在牺牲插头固定至待修区域后应用补丁，其中，可在剥离并去除牺牲插头的至少一层的同时剥离并去除补丁层。此外，多个层片中的一个或多个损伤层片也可通过剥离被去除。

附图说明

为了更加全面地理解本公开，现参照下文结合附图的描述进行说明，其中：

图1描述了根据本公开的一种实施方式的飞行器结构的待修区域；

图2描述了根据本公开的一种实施方式的用于修复复杂的层状复合材料的工艺；

图3描述了根据本公开的一种实施方式的用于修复复杂的层状复合材料的另一工艺；以及

图4描述了根据本公开的一种实施方式的用于修复复杂的层状复合材料的另一工艺。

具体实施例

本公开的实施方式总体上提供了用于修复可使用层状复合材料制造的结构、如飞行器结构的飞机翼板的工艺。层状复合材料通常可由多种不同的层片层组成，其中，每一层均可被单独地浸渍并被固化。根据本公开的实施方式的修复工艺可以利用一种层状复合材料内的多种不同的层片层，从而使个别损伤的层片可被剥离并且随后被替换以保持层状复合材料内的层片剥落。

图1描述了本公开的确定飞行器结构100的待修区域101的一种实施方式。待修区域101可以是由层状复合材料组成的飞行器结构100的可能被损伤的区域。虽然待修区域101示出为位于飞行器结构100的机翼的一部分上，应当理解，根据本公开的实施方式的修复工艺可被用于飞行器结构100的其他区域而不偏离本公开。

待修区域101的损伤可通过剥离层状复合材料的个别层片而被修复。这种剥离可利用层状复合材料的较弱的层间性能并在层片去除期间实现更加精确的控制。这是因为剥离通常可以仅影响在给定时间内、在待修区域101内的精确位置处被去除的单个层片。以前通过较为传统的嵌接、砂纸打磨或切削技术不能提供通过使用剥离实现的这种程度的修复精度，因为通过一次剥离一个层片地去除可以控制去除的层状复合材料层片的深度。剥离也可以解决层片添加和层片剥落的不同以及待修区域内轮廓线的变化，以及确定有待修区域处的较大结构的表面层的改变。在通过剥离去除了一个或多个损伤的层片后，可添加替换层片以便恢复进行过修复的区域的性能。应当理解，当添加替换层片时，这些替换层片可以以重叠的方式添加以便逐层地传递载荷。这些修复工艺可使用廉价工具执行并且可以在不需要从较大的结构中完全去除待修区域的情况下进行修复。因此，根据本公开的实施方式的修复工艺可以提供一种在保持较大结构内的部件的外形的同时进行修复的低成本的方法。

图2描述了根据本公开的一种实施方式的用于修复复杂的层状复合材料的工艺200。在步骤202中，复杂的层状复合材料的损伤可被定位。该步骤可以包括损伤的边界、损伤的程度以及用于原始制造的层状复合材料的成分的确定。与传统的砂纸打磨或定线方法相比，这种方法的改进之处在于，如果损伤存在于多个层片层，那么该损伤可以以这种方式被修复，即，处理待修区域的轮廓以及层状复合材料的复杂几何形状。因此，工艺200可以通过该修复过程控制并保持这种几何形状。

在步骤204中复杂的层状复合材料的待修区域可被确定。在步骤206中，层片的尺寸和布置可被映射。在步骤208中，层片层可被剥离并且随后被去除。这种剥离及去除可以逐层地发生。应当理解，在剥离发生之前，层片可被刻线以便更好地允许一次一个地处理层片层。一旦层片被刻线，可以较容易地控制层片内的纤维以便开始剥离过程。通过使用例如锋利的刀片可以一次一层地完成刻线。

最终，在步骤210中，可添加替换修复层片层。当添加替换修复层片层时，替换层片层的数量可大体上与在步骤208中被剥离并被去除的损伤层片层的数量匹配。因此，修复层片层可与已经被剥离并被去除了的损伤层片层逐层地匹配。应当理解，替换修复层片层的数量不必总是等于已经被剥离并被去除了的层片的数量，但可以大体上至少等于损伤层片层的数量。在本公开的一些实施方式中，可以添加超出被剥离并被去除的损伤层片层的数量的附加的层片，以在待修区域内和待修区域周围提供更大的强度。此外，在本公开的某些实施方式中，添加的替换修复层片层的数量和类型可根据待修区域的轮廓而不同。例如，待添加的层片层的数量可以随着飞行器结构100在待修区域101内的轮廓改变而缩减。此外，额外的层片层可被添加至待修复区域的各个侧面以便更好地确保待修区域的强度同时仍然保持所需的公差。然而，应当理解，根据本公开的实施方式的用于修复的工艺可在不添加额外层片层的情况下进行。此外，应当理解，如果将要添加额外的层片层，只要能够保持正确的公差，那么对可添加的层片层的数量没有限制。与较为传统的砂纸打磨修复相比，该方法的改进之处在于现在可以在修复期间描绘层片层的轮廓。

图3描述了根据本公开的另一实施方式的用于修复复杂的层状复合材料的工艺300。与图2的工艺200类似，在步骤302中，复杂的层状复合材料的损伤可被定位，在步骤304中复杂的层状复合材料的待修区域可被确定，并且在步骤306中层片的尺寸和布置可被映射。然而，工艺300可在步骤308处、创建修复补丁时出现分支。为了创建修复补丁，在步骤310中，层i可形成为映射的尺寸。之后在步骤312中层i+1可形成为与该映射的尺寸相符。在步骤314中，根据该映射的布置可使层i与层i+1对齐以便确保在层片间足够的载荷传递。应当理解，根据依照本公开的实施方式进行修复时可能需要的层片层的数量，步骤312和步骤314可被适当地重复多次。此外，工艺300使得能够保留所有层片剥落从而当插入修复补丁时，该层片剥落可被逐层地匹配。

应当理解，如前所述，剥离能够描绘层片缩减的轮廓，与砂纸打磨相比，这是一种改进。因此，剥离能够保留所有层片剥落从而可形成修复补丁以便更好地与可通过剥离被去除的层片层逐层匹配。一旦已经创建了修复补丁层，在步骤316中，该待修区域中的层片层就可被剥离并被去除。最终，在步骤318中，修复补丁可被对齐并被结合至该待修区域。

图4描述了根据本公开的另一实施方式的、例如当损伤可能延伸穿过复合材料的厚度时的、用于修复复杂的层状复合材料的工艺400。在步骤402中，多个层片中的一个或多个层片的损伤可被定位。在步骤404中，包括多个层片中的一个或多个损伤层片的位置的待修区域可被限定，并且在步骤406中，层片的尺寸和布置可被映射。在步骤408中，一个或多个损伤层片待修区域可从该结构的待修区域中被去除。在步骤410中，牺牲插头可被固定至该结构的待修区域内。应当理解，该插头可由与在待修区域中得到的那些材料类似的材料形成以便与从该结构中去除的材料匹配，并且，该插头形成有一定的厚度，以延伸穿过该待修区域的完成该修复所需的深度。使用这种插头可以使得层片能够被更换同时仍然保持待修区域及周围区域的轮廓。之后在步骤412中牺牲插头的至少一层可被剥离并被去除。因此，在工艺400中插头层可被去除从而可更加容易地使用新的层片替换损伤的层片。之后在步骤414中可以添加至少一个替换修复层片层。应当理解，剥离并去除牺牲插头层的步骤(步骤412)以及添加至少一个替换修复层片层的步骤(步骤414)可被重复与待去除的牺牲插头层一样多的次数。还应当理解，一旦该插头被结合至待修区域内，也可应用补丁并且之后可在插头和该补丁上利用剥离，而不偏离本公开。此外，根据本公开的某些实施方式，该插头可以是自去除的，或是，如果当一个或多个替换修复层片层位于适当的位置时该插头仍然保留，其可在添加了至少一个替换修复层片层后被剥离。

应当理解，与牺牲插头类似，临时垫板也可被用于在根据本公开的实施方式的修复工艺期间采集该结构的形状并保持待修区域的轮廓。这种临时垫板可在修复期间提供硬化性能以便在修复工艺完成后保持所需的空间构型。垫板可以使用与在整个板上涂覆粘合剂相比小块的粘合剂而结合至表面，使得用砂纸打磨掉小方块的粘合剂更容易。

主要针对修复具有复杂的层状复合材料的几何形状的翼板对根据本公开的实施方式的修复工艺进行了描述，这种具有复杂的层状复合材料的几何形状的翼板以前被认为是不可修复的。然而，应当理解，根据本公开的实施方式的修复工艺可被用来修复除翼板以外的结构和/或除飞行器结构以外的结构。因此，当涉及具有复杂几何形状、轮廓变化的层状复合材料和/或当涉及层片剥落时，可利用这些修复工艺而不偏离本公开。

虽然已经对本公开及其优点进行了详细的描述，应当理解，在不偏离由所附权利要求限定的本公开的精神和范围的情况下，可对本文做出各种变化、替代和改造。而且，本申请的范围并不意在限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、物质成分、方式、方法和步骤的具体实施方式。如本公开中本领域的普通技术人员将会容易地理解，基本上执行与本文描述的相应实施方式相同的功能或基本上实现与本文描述的相应实施方式相同的结果的、目前存在或稍后将被开发的工艺、机器、制造、物质成分、方式、方法或步骤可根据本公开进行使用。因此，所附权利要求意在将这些工艺、机器、制造、物质成分、方式、方法或步骤包含在它们的范围内。

Claims (20)

1.一种用于修复层状复合材料的方法，所述方法包括：

映射形成所述层状复合材料的多个层片的尺寸和布置；

通过确定所述多个层片的被损伤的至少一个层片而限定待修区域；

从所述待修区域中剥离并去除一个或多个损伤的层片，其中，所述一个或多个损伤的层片中的每一个层片均被单独剥离并去除；以及

将至少一个替换层片添加至所述待修区域。

2.如权利要求1所述的方法，其中，添加的替换层片的数量至少等于被单独地剥离并去除的所述损伤的层片的数量。

3.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

创建修复补丁；以及

使所述修复补丁对齐并结合至所述待修区域内。

4.如权利要求2所述的方法，创建所述修复补丁的步骤进一步包括：

形成第一层，所述第一层与形成所述层状复合材料的所述多个层片的映射的尺寸和布置匹配；

形成至少一个附加层，所述至少一个附加层与形成所述层状复合材料的所述多个层片的映射的尺寸和布置匹配；

使所述第一层与所述至少一个附加层对齐。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个替换层片以重叠的方式被添加。

6.如权利要求1所述的方法，其中，待剥离并去除的所述一个或多个损伤层片中的每一个层片均在剥离之前被单独地刻线。

7.如权利要求1所述的方法，其中，添加的替换层片的数量大于被单独地剥离并去除的所述损伤层片的数量。

8.如权利要求1所述的方法，其中，附加的替换层片被添加至所述待修区域的每个侧面以进一步加强所述待修区域。

9.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

引入垫板以保持所述待修区域的所述轮廓同时从所述待修区域中剥离并去除所述一个或多个损伤的层片。

10.一种用于修复层状复合材料的方法，所述方法包括：

定位并限定所述层状复合材料的待修区域，所述层状复合材料具有多个层片层；

创建修复补丁；

剥离并去除所述多个层片层的具有损伤的一个或多个层片层；以及

使所述修复补丁对齐并结合至保留在所述待修区域中的所述多个层片层的所述一个或多个层片层。

11.如权利要求10所述的方法，进一步包括：

映射形成所述层状复合材料的所述多个层片层的尺寸和布置。

12.如权利要求11所述的方法，所述创建所述修复补丁的步骤进一步包括：

形成第一层，所述第一层与形成所述层状复合材料的所述多个层片层的所述映射的尺寸和布置匹配；

形成至少一个附加层，所述至少一个附加层与形成所述层状复合材料的所述多个层片层的所述映射的尺寸和布置匹配；以及

使所述第一层与所述至少一个附加层对齐。

13.如权利要求11所述的方法，其中，形成所述修复补丁的层的数量至少等于被单独剥离并去除的具有损伤的层片层的数量。

14.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个层片层中的所述具有损伤的一个或多个层片层中的每一个层片层均被单独地剥离并去除。

15.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个层片层中的待被剥离并去除的所述一个或多个层片层中的每一个层片层均在剥离之前被单独地刻线。

16.一种用于修复具有多个层片的层状复合材料的方法，所述方法包括：

定位所述多个层片中的一个或多个层片的损伤、所述多个层片的所述损伤的一个或多个层片的位置形成了待修区域；

从所述待修区域去除所述多个层片的所述损伤的一个或多个层片；

将牺牲插头固定至所述待修区域；

剥离并去除所述牺牲插头的至少一层；以及

将至少一个替换层片添加至所述待修区域。

17.如权利要求16所述的方法，其中，所述牺牲插头由与形成所述层状复合材料的所述多个层片相同的材料形成。

18.如权利要求16所述的方法，其中，重复所述剥离并去除的步骤以及所述添加所述至少一个替换层片的步骤直至所述牺牲插头的每一层均已被去除。

19.如权利要求16所述的方法，进一步包括：

在所述牺牲插头被固定至所述待修区域后，应用补丁，其中，在剥离并去除所述牺牲插头的所述至少一层的同时剥离并去除所述补丁层。

20.如权利要求16所述的方法，其中，所述多个层片的所述损伤的一个或多个层片通过剥离被去除。

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