金屬結構損傷的修理與監測方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種金屬結構損傷的修理與監測方法和裝置。其中，該方法包括：采用碳纖維復合材料預浸料中溫共固化工藝對金屬結構損傷部位實施修補；在共固化過程中，沿補片的長度方向在補片的內部平均嵌入n個應變計；當共固化過程完畢，且修補區域的溫度降到常溫后，在補片外表面沿補片傳力方向平均安裝m個應變計；在補片周圍修補區域的結構表面安裝兩個應變計，兩個應變計分別設置在補片傳力方向的兩端；將所有應變計的測量導線接入通用應變測量記錄裝置；通過通用應變測量記錄裝置實時記錄各個應變計的測量結果；根據記錄的測量結果監測修補區域的結構損傷發展狀態。本發明擴展了監測范圍，提升了金屬結構部件的可靠性。
【專利說明】金屬結構損傷的修理與監測方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及金屬結構損傷處理領域，具體而言，涉及金屬結構損傷的修理與監測方法和裝置。
【背景技術】
[0002]由于使用環境、使用年限等問題，飛機的金屬結構在服役期一般都會出現裂紋和腐蝕等損傷。這些損傷都需要被修復，而重要部位的損傷在修理后還需要監控其發展狀況，目前，通常依靠外場專業維護人員在固定時間使用相關的技術手段(如無損檢測)來完成。如果修理部位處于飛機內部，而通過這種外場檢測方式無法檢查該部位，則無法采用常規的技術手段來檢測該損傷的發展狀況。
[0003]針對相關技術無法檢測飛機內部修理部位的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種金屬結構損傷的修理與監測方法和裝置，以解決上述的問題。
[0005]在本發明的實施例中提供了一種金屬結構損傷的修理與監測方法，包括:采用碳纖維復合材料預浸料中溫共固化工藝對金屬結構損傷部位實施修補；在共固化過程中，沿補片的長度方向在補片的內部平均嵌入η個應變計，用于測量補片內部釋放的殘余熱應變值；其中，補片為碳纖維復合材料；當共固化過程完畢，且修補區域的溫度降到常溫后，在補片外表面沿補片傳力方向平均安裝m個應變計，用于測量補片的外表面的應變值；其中，m和η為根據補片大小設定的大于或等于的值；在補片周圍修補區域的結構表面安裝2個應變計，2個應變計分別設置在補片傳力方向的兩端，用于測量金屬結構損傷部位的表面的應變值；將所有應變計的測量導線接入一個支持1/4橋應變測量的通用應變測量記錄裝置；通過通用應變測量記錄裝置實時記錄各個應變計的測量結果；根據通用應變測量記錄裝置記錄的測量結果監測修補區域的結構損傷發展狀態。
[0006]在本發明的實施例中還提供了一種金屬結構損傷的監測裝置，包括:殘余熱應變值接收模塊，用于接收η個應變計測量的補片內部釋放的殘余熱應變值，其中，η個應變計是采用碳纖維復合材料預浸料中溫共固化工藝，對金屬結構損傷部位進行修改的共固化過程中，沿補片的長度方向在補片的內部平均嵌入的；其中，補片為碳纖維復合材料；補片外表面應變值接收模塊，用于接收m個應變計測量補片的外表面的應變值；其中，m個應變計是共固化過程完畢，且修補區域的溫度降到常溫后，在補片外表面沿補片傳力方向平均安裝的；損傷部位表面應變值接收模塊，用于接收2個應變計測量金屬結構損傷部位的表面的應變值；上述2個應變計是在補片周圍修補區域的結構表面上，且分別設置在補片傳力方向的兩端；測量結果記錄模塊，用于記錄殘余熱應變值接收模塊、補片外表面應變值接收模塊和損傷部位表面應變值接收模塊接收的所有應變計的測量結果；監測模塊，用于根據測量結果記錄模塊記錄的測量結果監測修補區域的結構損傷發展狀態。
[0007]本發明實施例提供的方法和裝置，采用碳纖維復合材料預浸料中溫共固化工藝對金屬結構損傷部位實施修補，并基于結構傳力特性變化和殘余熱應變釋放效應在不同部位設置應變計，通過各個應變計的測量結果可對修補區域損傷的發展狀況實施監控，即使是飛機內部的修理部位也能夠監測其修補區域損傷的發展狀況，擴展了監測范圍，提升了金屬結構部件的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1示出了本發明實施例的金屬結構損傷的修理與監測方法的流程圖；
[0009]圖2示出了本發明實施例的為采用復合材料補片修理金屬結構裂紋損傷的示意圖；
[0010]圖3示出了本發明實施例的金屬結構損傷的監測裝置；
[0011]圖4示出了本發明實施例的復合材料補片修理的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0012]下面通過具體的實施例子并結合附圖對本發明做進一步的詳細描述。
[0013]本發明實施例給出了針對金屬結構損傷部位的智能修理技術，在用碳纖維復合材料預浸料完成對金屬結構損傷區域的修理后，能利用智能復合材料補片的結構傳力特性的變化和殘余熱應變的變化，對修補區域的損傷發展狀態進行監控。基于此，本發明實施例提供了一種金屬結構損傷的修理與監測方法和裝置。下面通過實施例進行描述。
[0014]參見圖1所示的金屬結構損傷的修理與監測方法的流程圖，該方法包括以下步驟:
[0015]步驟S102，采用碳纖維復合材料預浸料中溫共固化工藝對金屬結構損傷部位實施修補；
[0016]步驟S104，在共固化過程中，沿補片的長度方向在補片的內部平均嵌入η個應變計，用于測量補片內部釋放的殘余熱應變值；其中，該補片為碳纖維復合材料；
[0017]步驟S106，當共固化過程完畢，且修補區域的溫度降到常溫后，在補片外表面沿補片傳力方向平均安裝m個應變計，用于測量補片的外表面的應變值；
[0018]其中，上述m和η為根據補片大小設定的大于或等于的值；
[0019]步驟S108，在補片周圍修補區域的結構表面安裝2個應變計，2個應變計分別設置在補片傳力方向的兩端，用于測量上述金屬結構損傷部位的表面的應變值；
[0020]步驟S110，將所有應變計的測量導線接入一個支持1/4橋應變測量的通用應變測量記錄裝置;
[0021]步驟S112，通過該通用應變測量記錄裝置實時記錄各個應變計的測量結果；
[0022]步驟S114，根據上述通用應變測量記錄裝置記錄的測量結果監測修補區域的結構損傷發展狀態。
[0023]上述方法采用碳纖維復合材料預浸料中溫共固化工藝對金屬結構損傷部位實施修補，并基于結構傳力特性變化和殘余熱應變釋放效應在不同部位設置應變計，通過各個應變計的測量結果可對修補區域損傷的發展狀況實施監控，即使是飛機內部的修理部位也能夠監測其修補區域損傷的發展狀況，擴展了監測范圍，提升了金屬結構部件的可靠性。
[0024]采用碳纖維復合材料預浸料中溫共固化技術對損傷區域實施膠接修補，通過膠層間的剪切應力，將載荷通過復合材料補片從損傷區域的一邊傳遞到損傷區域的另一邊，成功修理完畢后復合材料補片將承擔部分載荷(L補片)，降低金屬結構損傷區域的受力(L損傷區域):
[0〇25] L總載荷=L補片+L損軀域 (I)
[0026]修補區域的損傷如果保持穩定，復合材料補片承擔的載荷與修復結構承擔的總載荷之比也將保持穩定，且與載荷大小無關。修補區域的損傷如果發生擴展，復合材料補片承擔的載荷加大，該載荷在修復結構承擔的總載荷中所占的比例也將加大。本發明把復合材料補片承擔的載荷在修復結構承擔的總載荷中所占的比例/L,en)定義為復合材料補片的結構傳力特性Q。如圖2所示的為采用復合材料補片修理金屬結構裂紋損傷的示意圖。
[0027]考慮到:
[0〇28] L總載荷=ο部件*S部件=E部件* ε部件*S部件(2)
[0〇29] L補片=σ補片*S補片=E補片*ε補片*S補片(3)
[0030]其中，σ表示應力，ε表示應變，S表示截面積，E表示彈性模量，則有:
[0031]
【權利要求】
1.一種金屬結構損傷的修理與監測方法，其特征在于，包括: 采用碳纖維復合材料預浸料中溫共固化工藝對金屬結構損傷部位實施修補； 在共固化過程中，沿補片的長度方向在所述補片的內部平均嵌入η個應變計，用于測量所述補片內部釋放的殘余熱應變值；其中，所述補片為碳纖維復合材料；當共固化過程完畢，且修補區域的溫度降到常溫后，在所述補片外表面沿所述補片傳力方向平均安裝m個應變計，用于測量所述補片的外表面的應變值；其中，m和η為根據所述補片大小設定的大于或等于的值； 在所述補片周圍修補區域的結構表面安裝2個應變計，所述2個應變計分別設置在所述補片傳力方向的兩端，用于測量所述金屬結構損傷部位的表面的應變值； 將所有應變計的測量導線接入一個支持1/4橋應變測量的通用應變測量記錄裝置； 通過所述通用應變測量記錄裝置實時記錄各個應變計的測量結果； 根據所述通用應變測量記錄裝置記錄的測量結果監測所述修補區域的結構損傷發展狀態。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據所述通用應變測量記錄裝置記錄的測量結果監測所述修補區域的結構損傷發展狀態包括: 將所述η個應變計標記為應變計C1, C2,…，cn,所述m個應變計標記為應變計h，t2,…，tm,所述2個應變計標記為應變計S1, S2 ； 將所述通用應變測量記錄裝置記錄的測量值輸入如下損傷指數計算公式:
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，根據計算出的SI的大小確定所述修補區域的結構損傷發展狀態包括: 當SI大于或等于0.2時，確定所述修補區域的結構損傷發展的較大，提示工作人員進行檢查。
4.一種金屬結構損傷的監測裝置，其特征在于，包括: 殘余熱應變值接收模塊，用于接收η個應變計測量的補片內部釋放的殘余熱應變值，其中，所述η個應變計是采用碳纖維復合材料預浸料中溫共固化工藝，對金屬結構損傷部位進行修改的共固化過程中，沿所述補片的長度方向在所述補片的內部平均嵌入的；其中，所述補片為碳纖維復合材料； 補片外表面應變值接收模塊，用于接收m個應變計測量所述補片的外表面的應變值；其中，所述m個應變計是所述共固化過程完畢，且修補區域的溫度降到常溫后，在所述補片外表面沿所述補片傳力方向平均安裝的； 損傷部位表面應變值接收模塊，用于接收2個應變計測量所述金屬結構損傷部位的表面的應變值；所述2個應變計是在所述補片周圍修補區域的結構表面上，且分別設置在所述補片傳力方向的兩端； 測量結果記錄模塊，用于記錄所述殘余熱應變值接收模塊、所述補片外表面應變值接收模塊和所述損傷部位表面應變值接收模塊接收的所有應變計的測量結果； 監測模塊，用于根據所述測量結果記錄模塊記錄的測量結果監測所述修補區域的結構損傷發展狀態。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述監測模塊包括: 標記單元，用于將所述η個應變計標記為應變計C1, C2,…，Cn,所述m個應變計標記為應變計tp t2,…，tm,所述2個應變計標記為應變計S1, S2 ； 計算單元，用于將所述測量結果記錄模塊記錄的測量結果輸入如下損傷指數計算公式:
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述損傷狀態確定單元包括: 檢查提示子單元，用于當SI大于或等于0.2時，確定所述修補區域的結構損傷發展的較大，提示工作人員進行檢查。
【文檔編號】G01B21/32GK103625654SQ201310695610
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2013年12月17日
【發明者】張移山, 王遵, 王智, 薛軍, 王磊, 蔡佳昆 申請人:中國人民解放軍空軍裝備研究院航空裝備研究所