复合材料结构修理-2.4 复合材料结构类型(1)
浅析飞机复合材料结构修理技术
浅析飞机复合材料结构修理技术作者：刘军来源：《科技创新与应用》2014年第30期摘要：随着科技的不断进步，复合材料逐渐出现在航空领域，在现代航空领域的发展中被广泛应用。
由于复合材料已经成为现代飞机结构的重要组成部分，并且其损伤机理与金属损伤存在差异，对复合材料结构修理技术研究具有重要的现实意义。
文章主要基于飞机复合材料结构修理基础之上进行研究，促进飞机复合材料的可持续发展。
关键词：飞机复合材料；结构修理；技术分析前言国内对于先进复合材料在航空领域的应用已经取得一定成效，但对于飞机复合材料结构修理技术的研究依旧需要不断完善。
由于现代航空领域需求的不断增加，对复合材料的使用要求逐渐严格。
同时在具体的应用过程中需要对复合材料进行维护，体现出飞机复合材料结构修理技术的重要性。
1 飞机复合材料结构类型以及损伤类型目前，国内外的复合材料在航空领域的应用具有广泛性特点，材料用量占总体用量总重的25%-40%，其中民用飞机占11%-16%，直升机高达60%以上。
由此可见，飞机复合材料结构在航空领域的应用具有广泛性特点。
对于复合材料以及损伤类型进行分析，加深对复合材料修理技术的理解。
1.1飞机复合材料结构类型1.1.1 压层板。
复合材料当中的压层板主要是由单层板粘合而成，同时构成材料可为不同材质的单层板，也可为各向异性单层板进行构成。
由于单层板构成存在复杂性以及非匀质性，导致单层板的实际构成具有各向异性的特点。
1.1.2 蜂窝夹芯结构。
蜂窝夹芯机构主要是由薄面板与中间胶接低密度的夹芯构成，具体的面板结构为层压板，面板较薄。
其中具体的使用材料为纤维玻璃布、单向碳纤维、编织布、芳纶有机纤维布等材料。
蜂窝夹芯结构比常规金属结构具有较高的比强度、抗弯强度、高结构阻尼、消音以及耐声震、隔热性等良好的性能，在航空领域应用具有较好效果。
1.1.3 蜂窝壁板。
蜂窝壁板主要是承力面以及蜂窝夹芯构成，蜂窝夹芯位于承力面板之间，使得整个蜂窝壁板的强度增加[1]。
复合材料结构 分类
复合材料结构分类复合材料结构是一种由两种或更多种不同材料组合而成的新型材料，通过各种方式互相作用，形成一种具有优异性能的整体材料。
根据不同的组合方式和性能特点，复合材料结构可以分为多种类型。
根据材料的组合方式，复合材料结构可以分为层叠型和混合型两种。
层叠型复合材料结构是指将不同材料按照一定顺序叠加在一起，形成多层结构的材料。
这种结构可以充分发挥各种材料的特性，实现优势互补，提高整体材料的性能。
混合型复合材料结构则是将两种或多种不同材料混合在一起，形成均匀的复合体系。
这种结构可以实现不同材料之间的相互渗透和相互作用，形成新的材料性能。
根据不同材料之间的结合方式，复合材料结构可以分为机械结合型和化学结合型两种。
机械结合型复合材料结构是指通过机械方式将不同材料连接在一起，如铆接、焊接等。
这种结合方式简单易行，但强度和稳定性相对较低。
化学结合型复合材料结构则是通过化学反应将不同材料结合在一起，形成牢固的结合。
这种结合方式可以提高材料的耐热性、耐蚀性等性能。
根据复合材料结构的应用领域和功能要求，还可以将其分为结构型和功能型两种。
结构型复合材料结构主要用于承受力学载荷，如航空航天领域的飞机机身、汽车领域的车身结构等。
这种复合材料结构需要具有较高的强度、刚度和耐久性。
功能型复合材料结构则主要用于实现特定功能，如电磁屏蔽、导热导电等。
这种复合材料结构需要具有特定的物理、化学或电子性能。
综合来看，复合材料结构是一种具有广泛应用前景的新型材料，其多样化的分类和组合方式为不同领域的工程和科研提供了丰富的选择。
随着科技的不断发展和进步，复合材料结构将在未来发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
飞机复合材料的修理方法—复合材料结构修理方法
适用范围
在复合材料结构修理中，机械连接修理适用于被修理件较厚 且对气动外形要求不高的结构件以及外场快速修理。
根据连接紧固件的种类，机械连接修理可细分为螺接修理 和铆接修理。
修理主要考虑因素
01 补片的材料种类及厚度； 02 紧固件种类、数量； 03 紧固件排列方式； 04 正确的制孔工艺； 05 制孔对原结构强度造成的影响； 06 紧固件的装配与密封。
补片材料
• 补片材料可以是金属板或者复合材料预固化层合板。金属 板材料一般为钛合金板、不锈钢板或者铝合金板。
• 当铝合金板与碳纤维复合材料连接在一起时，需采取电偶 腐蚀防护措施。通常采用在铝合金板与碳纤维结构之间铺 一层玻璃纤维布或涂一层密封胶使它们隔开。
气动外形要求
对于飞机气动敏感区域的外部加强修理，一般需要采用埋头紧固件。 此时补片必须有足够的厚度，以便安装埋头紧固件。
时，修理材料要与固化温度要匹配
修理方法决定因素
复合材料结构修理是否采用热修理以及采用哪种温度，除了取决于损 伤结构原来采用何种固化温度制造外，还要考虑到损伤的程度、结构 种类以及修理方法。如果损伤范围较小或者临时性修理，可采用低于 原固化温度的固化温度修理。
某机型副翼层合 板修理方案
修理工作流程
➢ 封装是抽真空、加热固化前的必要工序。
冷修理
在室温下固化的修理又称为冷修理。冷修理一般应用于 受载不大或者次要复合材料构件修理。为了缩短树脂的 固化时间，有的时候冷修理也采用加热固化，但通常加 热温度不超过150oF。
冷修理一般不用在高应力区和主要结构件的修理上。
热修理
需要在一定温度下加热固化的修理又称为热修理 加热温度：200oF～230oF、250oF和350oF 200～230oF温度适用于采用湿铺层料的修理 250oF和350oF两种温度适用于采用预浸料的修理 复合材料主要结构一般采用热修理。采用热修理
复合材料修理(理论)讲解
空客则认为如此选材会有风险，机身应用会有问题，“会 导致非优化方案”。
波音则认为技术上不成问题，问题还在成本上。
波音认为复合材料除减重外，还可提供更好的耐 久性，降低使用维护要求，增加未来发展的潜力 和空间。
一. 用紧固件连接修理（螺接修理） 优点：可以快速作临时性的修理。 缺点：有时找不到通向部件或层合板后面的通道。不能使受压部 件恢复修理前的强度。
二. 胶接修理 优点：在正确的条件下，它可作为一种非常快捷的永久性修理。 缺点：需要手头有足够数量的一定厚度、一定铺层方向、一定 直 径和形状的补片。且不能用于大面积的修理。
定义
由两种或两种以上的材料组合而成的材 料称之为复合材料。复合材料的范围包括 玻璃纤维增强复合材料、碳纤维/环氧树脂 复合材料、碳/碳复合材料、金属基、陶瓷 基复合材料。
教程中所涉及的复合材料是基于用一 种或数种纤维排列镶嵌在某些形式的聚合 物树脂（基体）中。
一般简介
图 1-1复合材料的组成
材料的形式
先进复合材料在飞机上的应用
近30多年欧美民用飞机上复 合材料占整机结构重量的百 分比（不包括支线飞机）
国内飞机上的复合材料应用情况
国外民用飞机上的复合材料应用情况
图3－12先进复合材料在波音737－300上的应用
图3－13先进复合材料在波音757上的应用
图3－14先进复合材料在波音767上的应用
图2-4 封装包裹
树脂系统的比例配制指南
① 保持台秤的平台和秤盘的清洁，称重时应涂上 脱模剂以免被树脂站住
复合材料结构 分类
复合材料结构分类
复合材料结构是由两种或更多种材料组成的材料，具有优异的力学性能和广泛的应用领域。
根据材料组合的不同，复合材料结构可以分为以下几类：
1. 纤维增强复合材料结构：是指将纤维材料与基体材料结合在一起形成的材料，纤维材料可以是碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等。
这种结构具有高强度、高刚度和轻质化等特点，广泛用于航空航天、汽车工业和体育器材等领域。
2. 层板复合材料结构：是指由多个层板材料通过层压成型组成的材料，每个层板材料通常由纤维增强材料和基体材料组成。
这种结构具有高强度、高刚度、耐冲击和防腐蚀等特点，广泛用于船舶、桥梁和建筑结构等领域。
3. 颗粒增强复合材料结构：是指将颗粒材料与基体材料结合在一起形成的材料，颗粒材料可以是陶瓷、金属或者聚合物等。
这种结构具有高耐磨性、高温性和高耐蚀性等特点，广泛用于摩擦材料、导电材料和防护材料等领域。
4. 泡沫复合材料结构：是指在基体材料中加入发泡剂形成的材料，具有轻质化、隔音、隔热和吸能等特点。
这种结构广泛用于包装材料、能量吸收材料和隔音材料等领域。
以上是复合材料结构的分类，不同的结构类型具有不同的特点和应用领域，为人类的生产和生活带来了巨大的便利和发展。
- 1 -。
复合材料试验工(高级)职业技能鉴定考试题库大全(通用版)
复合材料试验工（高级）职业技能鉴定考试题库大全（通用版）一．判断题1.碳纤维是一种具有负线膨胀系数的材料。
（）A、正确B、错误参考答案：A2.安全方针是预防第一，安全为主。
（）A、正确B、错误参考答案：B3.一般溶液法配置的树脂溶液在常温下贮存期为3个月。
（）A、正确B、错误参考答案：A4.玻璃钢蜂窝夹层采用粘接拉伸法成型。
（）A、正确B、错误参考答案：A5.聚苯硫醚是热固性树脂。
（）A、正确B、错误参考答案：B6.表面粗糙度越低，精度越高。
（）A、正确B、错误参考答案：B7.复合材料壳体加工装配的过程中可能会产生分层缺陷。
（）A、正确B、错误参考答案：A8.预浸料铺层时关键是不要带入异物，铺层角度可以不顾及。
（）A、正确B、错误参考答案：B9.场地紧张时，生产现场的消防通道可以临时占用。
（）A、正确B、错误参考答案：B10.透气毡RC3000-10最高使用温度为205℃。
（）A、正确B、错误参考答案：A11.复合材料制品的疏松缺陷比分层缺陷更严重。
（）A、正确B、错误参考答案：B12.组装蜂窝口盖时，蜂窝夹芯下陷应与加强板吻合。
（）A、正确B、错误参考答案：A13.碳纤维预浸料质量分析时只需检测树脂含量及挥发分含量即可。
（）A、正确B、错误参考答案：B14.真空泵接上电源开始工作时，发现有真空泵油向外喷出，是因为油嘴没盖上盖。
（）A、正确B、错误参考答案：B15.从业人员有权对本单位安全生产工作中存在的问题提出批评.检举；有权拒绝违章指挥和强令冒险作业。
（）A、正确B、错误参考答案：A16.夹层结构复合材料的芯材主要有蜂窝芯材和合成泡沫芯材。
（）A、正确B、错误参考答案：A17.碳纤维是一种具有负线膨胀系数的材料。
（）A、正确B、错误参考答案：A18.复合材料切削加工时，不能用太锋利的刀具，以防分层。
（）A、正确B、错误参考答案：B19.复合材料的机械连接修理法是将补片通过机械连接盖住损伤或缺陷区完成修理的一种方法。
《复合材料的维修》PPT课件
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（2）过渡性修理
这种修理主要针对有时间限制的许可损伤和可修
理的损伤，因不具备永久性修理的条件而进行的过渡
性修理。该修理要求恢复部件的强度，但不能恢复部
件的耐久性，它有不同于原始部件的检查间隔和检查
方法，最终也要被永久性修理所取代。这种修理也叫
“B级过渡性修理”。
（3）永久性修理
直径大于50mm，开胶直径75mm，层压板分层直径大 于75mm时，报废不再修理。
对于重要的复合材料构件，有专门的技术文件控 制损伤的大小，该文件与设计图纸配套使用，以保证 产品的质量。但一般还是由《结构修理手册》提供。
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第五节 复合材料修理的分类
从不同的角度，复合材料的修理方法不同，主要 有如下几种分类方法：
表面损伤的修理方法： ——用树脂填充划伤、刻痕，固化后磨平、涂漆； ——2021用/4/24混合物（相当于腻子）填充吹沙后的损伤区；31
图3-1 2021/4/24 表面划伤对拉伸强度的影响
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——用清洁剂清洗凹陷区，后用胶黏剂填充，固化后
去除多余物，如需补漆再涂刷底漆面漆；
——将冷树脂注射到气泡或分层区，室温固化。该法只
适用于﹤25mm的损伤区。固化时可用重物或夹紧法对
构件施加压力。
第二节 分层的修理
构件边缘是最易出现损伤的区域。边缘开胶和分
层可采用树脂注射法或混合物填充法进行修理，固化
时要施加压力。该法已广泛用于碳纤维复合材料的边
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缘分层修理。层压板内的分层可采用抽钉法修理。 见图3-2
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图3-2 分层修理
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复合材料结构 分类
复合材料结构分类复合材料是由两种或两种以上的不同材料组成的材料，通过组合不同材料的优点，以达到更好的性能和功能。
根据其结构和组成，可以将复合材料分为多种类型。
一种常见的复合材料结构是纤维增强复合材料。
这种材料的主要组成部分是纤维和基体材料。
纤维可以是玻璃纤维、碳纤维、聚合酰胺纤维等。
纤维的选择取决于所需的材料性能和应用场景。
基体材料可以是树脂、金属或陶瓷等。
纤维增强复合材料具有较高的强度和刚度，同时也具有较低的重量。
因此，它们在航空航天、汽车和体育器材等领域得到了广泛应用。
另一种常见的复合材料结构是层板结构。
层板结构由多个层次的薄片组成，每个薄片都是不同的材料。
这种结构可以提供更好的强度和刚度，并且可以根据需要进行设计和定制。
层板结构广泛应用于建筑、船舶和飞机等领域。
例如，飞机的机翼和机身就是由层板结构构成的，可以提供足够的强度和刚度，同时减轻重量。
还有一种常见的复合材料结构是颗粒增强复合材料。
颗粒增强复合材料由颗粒和基体组成。
颗粒可以是陶瓷颗粒、金属颗粒或聚合物颗粒等。
基体可以是金属、陶瓷或聚合物等。
颗粒增强复合材料具有较高的硬度和耐磨性，因此在磨具、切削工具和摩擦材料等领域得到了广泛应用。
还有许多其他类型的复合材料结构，如蜂窝结构、纳米复合材料等。
蜂窝结构由蜂窝状的薄壁组成，具有较高的强度和刚度。
纳米复合材料是由纳米颗粒和基体组成的，具有独特的性能和功能。
复合材料可以根据其结构和组成进行分类。
纤维增强复合材料、层板结构、颗粒增强复合材料、蜂窝结构和纳米复合材料是常见的复合材料结构。
这些复合材料结构具有各自的特点和应用领域。
通过合理选择和设计复合材料结构，可以满足不同领域的需求，并提供更好的性能和功能。
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– 同一复合材料构件中只含有一种增强材料的 复合材料，称为单一复合材料。单一复合材 料无需特别说明。
• 混杂复合材料(Hybrid Composites）
– 同一复合材料构件中含有两种或两种以上的 纤维混合或不同纤维的铺层混合构成的复合 材料称为混杂复合材料。混杂复合材料需注 明由哪几种增强材料混杂。
按基体类型分类
• 非金属基复合材料：分别以树脂、陶瓷材 料、碳等为基体构成的复合材料。
• 金属基复合材料（MMC）：以金属为基体 构成的复合材料，如铝基复合材料、钛基 复合材料和铜基复合材料等。
按增强材料的几何形状分类
• 长纤维（连续）增强复合材料 • 短纤维增强复合材料 • 颗粒增强复合材料
按同一复合材料构件中含有增强材 料种类的数量分类
（3） 复材夹芯结构特性
(1) 具有比常规金属结构更高的比强度； (2) 蜂窝夹芯结构与厚度等于上、下面板厚度
之和的平板相比，更高的抗弯刚度； (3) 蜂窝夹芯结构具有较好的隔热和隔音性
能； (4) 具有较强的抗震、抗冲击和耐声疲劳性
能。
（4） 夹芯结构的应用
• 飞机复合材料结构件大多数都采用蜂窝夹 心结构：
层合板构造示意图
层合板原材料
• 湿铺层(Wet Lay up) ：
– 纤维布。 – 铺层树脂。不同固化温度对应不同的铺层树
脂。
• 或者，预浸料：
– 单向带。或者 – 纤维布
波音层压板常用原材料
（2） 单层板
• 层合板中的任一铺层称为单层板，它是层 合板的基本结构单元。单层板固化后的厚 度一般约为0.1～0.3 mm。
铺层材料
• 铺层材料决定于层合板的载荷大小、载荷 类型、使用环境等。
• 各铺层材料可以是同一种材料，也可能包 含几种材料（即混合铺层Hybrid Composites）。
混合铺层
Hybrid Composites
• 混合铺层目的是以一种纤维的优点弥补另外一种 纤维的弱点，从而得到综合性能较好的材料。例 如：碳纤维和芳纶纤维的热膨胀系数基本相同。 这两种纤维组成的混杂复合材料内应力很小，可 忽略不计。对于强度、刚度要求较高，又有抗冲 击性能要求的结构，可采用碳纤维铺层(抗冲击性 能较差) 中混杂芳纶纤维铺层(韧性较好，抗冲击 性能高) ，可以弥补碳纤维较脆的弱点，从而提高 抗冲击性能。另外，这种混杂复合材料还具有重 量轻的优点 。
– 雷达罩 – 客舱地板 – 各类装饰面板 – 各类整流罩 – 操纵舵面 – 梁腹板 – 。。。
2.4.3 复合材料结构种类
1. 按增强纤维类型分类 2. 按基体类型分类 3. 按增强材料的几何形状分类 4. 按同一复合材料构件中含有增强材料种类
的数量分类
按增强纤维类型分类
• 碳纤维复合材料(CFRP) • 芳纶纤维复合材料(AFRP) • 玻璃纤维复合材料(GFRP) • 硼纤维复合材料(BFRP) • 陶瓷纤维复合材料
一般层合板
• 对称层合板和反对称层合板以外的层合板 称为一般层合板。
2.4 飞机复合材料结构类型
2.4.2 复合材料夹芯结构
（1） 夹芯结构构造特点
• 复合材料夹芯结构是由复合材料层合面板 与芯材，通过胶膜(film adhesive)或者用胶 黏剂（Paste adhesives），在一定温度和 压力环境下固化粘结而成的复合材料结 构。
• 铺设顺序通常以紧贴模具型面（tool side) 的铺层作为第一铺层，然后由贴模面向外 依次计数。
737NG 副翼蒙皮铺层角和铺层顺序
（5）层合板的种类
（1）对称层合板 （2）均衡层合板 （3）均衡对称层合Biblioteka （4）反对称层合板 （5）一般层合板
对称层合板
• 层合板内中面两侧对应位置的铺层材料相 同、铺层角相等的层合板，称为对称层合 板，如[0/902/0]铺层的层合板。
（3）层合板参数
• 铺层数 • 铺层材料 • 铺层取向 • 铺设顺序
铺层数
• 指层合板所含单向带或者纤维布的总层 数。
• 层合板结构承载的大小主要取决于层合板 铺层数：载荷愈大，需要的铺层数就愈 多。
• 复合材料层合板结构的铺层数少则有两 层，多的则有上千层。例如：波音787机翼 梁的铺层数就达到上千层。
均衡层合板
• 铺层的材料相同，铺层角相反（为+θ和－ θ）且铺层数相等的层合板，称为均衡层 合板，如[+452 /－452 ]铺层的层合板
均衡对称层合板
• 既均衡又对称的层合板称为均衡对称层合 板
反对称层合板
• 层合板内中面两侧对应位置的两个铺层材 料，但铺层角相反的层合板，称为反对称 层合板，如[0/45/－45/0]铺层的层合板。
2.4 飞机复合材料结构类型
2.4.1 层合板结构
（1）层合板构造特点
• 层合板是由纤维布涂覆湿铺层树脂，或者 直接采用单向带或者纤维布预浸料，按照 一定的铺层角和铺层顺序铺叠后，在一定 温度和压力环境下，经过彻底固化形成的 复合材料板。
• 层合板亦称为层压板(laminate)、实心层压 板(solid laminate)或者整体层压板 (monolithic laminate)。
夹芯结构基本组成部分
• 面板（层合板） • 芯材 • 胶膜，或者胶粘剂
蜂窝夹芯结构图
（2） 常见芯材材料
• 蜂窝芯
– 复材结构主要芯材类型
• 泡沫芯 • 波纹板芯
泡沫芯
• 泡沫芯是用泡沫塑料 (又称多孔塑料)制成 的。飞机上最常用的泡沫塑料是硬质聚氨 酯泡沫塑料。这种泡沫塑料具有重量轻、 强度高、导热系数低、耐油、耐低温、防 振和隔音等优点；并且还具有与多种材料 粘接性良好和能够现场发泡制造的特点， 便于填充形状复杂的构件。
铺层取向
• 纤维布或者单向带在铺层时的放置方向， 称为铺层取向(Ply Orientation)。
• 铺层取向用铺层角来表达。铺层纤维布或 者单向带的经向与层合板构件纵向（基准 坐标X）之间的夹角，称为铺层角。
铺层角示意图
铺设顺序
• 铺设顺序(Ply Stacking Sequence)表示制作 复合材料层合板构件时铺层铺设的先后顺 序。