單向硼/環(huán)氧補(bǔ)片單面修復(fù)厚度為1.76mm、5.20mm和10.20mm三種鋁合金板試件的疲勞壽命分別是未修復(fù)試件的22.30倍、12.84倍和8.40倍;單向硼/環(huán)氧補(bǔ)片單面修復(fù)后,鋁合金板的裂紋擴(kuò)展速率比修復(fù)前的裂紋擴(kuò)展速率小一個(gè)數(shù)量級(jí),即復(fù)合材料補(bǔ)片膠接修復(fù)能大大延緩鋁合金板疲勞裂紋擴(kuò)展,且修復(fù)試件和未修復(fù)試件的裂紋擴(kuò)展速率均隨鋁合金板厚度增大而增大;單面修復(fù)試件的歸一化裂紋長度差Δa隨鋁合金板厚度增大而增大,說明補(bǔ)片對(duì)鋁合金板未修復(fù)表面裂紋的限制作用隨鋁合金板厚度增大而減弱;單向硼/環(huán)氧補(bǔ)片單面修復(fù)試件的疲勞壽命高于單向碳/環(huán)氧補(bǔ)片單面修復(fù)試件的疲勞壽命。
我國關(guān)于硼/環(huán)氧復(fù)合材料及其修復(fù)鋁合金厚板的研究則更少。 方鋁管研制出了滿足膠接修復(fù)用的硼/環(huán)氧復(fù)合材料補(bǔ)片,研究了硼/環(huán)氧復(fù)合材料的樹脂基體性能、纖維與基體間的界面性能和復(fù)合材料力學(xué)性能,確定其樹脂基體配方和復(fù)合材料制備工藝;考察殘余熱應(yīng)力、鋁合金板厚度、補(bǔ)片材料種類、補(bǔ)片鋪層和幾何參數(shù)及修復(fù)工藝等對(duì)修復(fù)效果的影響,重點(diǎn)考察了試件的熱應(yīng)力、準(zhǔn)靜態(tài)拉伸性能和疲勞性能。 采用液體丁腈橡膠(LNBR)改性環(huán)氧樹脂E-51,考察了其熱學(xué)、力學(xué)和固化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能;采用接觸角法和改進(jìn)的單纖維拔出試驗(yàn)方法研究了纖維與基體間的界面性能,同時(shí)考察了硼纖維表面處理方法和環(huán)氧樹脂體系對(duì)界面剪切強(qiáng)度的影響;在此基礎(chǔ)上,制備出了硼/環(huán)氧復(fù)合材料,考察了硼/環(huán)氧復(fù)合材料的力學(xué)性能和拉伸破壞模式。
同時(shí)研究了疲勞破壞模式對(duì)修復(fù)效果的影響。結(jié)果表明方鋁管修復(fù)試件疲勞破壞由膠粘劑層界面脫粘控制時(shí)(厚度為1.76mm鋁合金板單面修復(fù)試件),無論鋁合金板初始裂紋長度有多大(甚至裂紋完全貫穿鋁合金板寬度),復(fù)合材料補(bǔ)片單面修復(fù)均能大幅度提高其準(zhǔn)靜態(tài)拉伸和疲勞性能;單面修復(fù)試件的最大拉伸載荷能恢復(fù)到完好試件的90%左右(鋁合金板斷裂副修復(fù)后也能恢復(fù)到完好試件的60%以上),疲勞壽命(最大應(yīng)力為80MPa,應(yīng)力比為0.1)能達(dá)到初始裂紋長度為12mm鋁合金板的21倍以上;當(dāng)修復(fù)試件疲勞破壞由鋁合金板裂紋擴(kuò)展控制時(shí)(厚度為5.20mm和10.20mm鋁合金板單面修復(fù)試件),修復(fù)試件的準(zhǔn)靜態(tài)拉伸和疲勞性能均隨初始裂紋長度增大而降低。
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