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碳纤维专题

文章编号:2097-1923(2025)01-0001-09DOI:10.39693.2025.01.001

碳纤维复合材料损伤微波修复性能测试及仿真分析

沈轶鸥，孙荣爽,赵爽，周松²

（1.无锡瑞来新材料科技有限公司，江苏无锡214100；

2.西北工业大学，江苏苏州215400)

摘要：基于共体加热原理，开发新型高效修复碳纤维复合材料损伤的工艺方法，对

碳纤维复合材料典型层合结构损伤部位进行修补，并对修补后结构件的力学性能进

行测试，采用多尺度分析方法测试高强度织造国产碳纤维复合材料损伤修复结构性

能。结果表明，本项目开发的微波修复技术，其修复时长为15min，是传统修复工艺

的10%，且固化度可达99.9%。采用仅增加补片和增加不同尺寸蒙皮的修复方式，仿

真结果与试验结果数据及趋势高度重合，通过仿真分析预测全蒙皮修复方法可使修

复后强度达到未损伤时的92.6%。研究结果为碳纤维复合材料在服役过程中受到损

伤后的快速修复提供了新方法和理论依据。

关键词：复合材料；修复技术；损伤修复；有限元模拟

中图分类号：U270.4+2文献标志码：A

参考文献引用格式：沈轶鸥，孙荣爽，赵爽，等.碳纤维复合材料损伤微波修复性能测试及仿真分析

[J].轨道交通材料,2025,4(1):1-9.

0引言材料选择

修复工艺选择

服缺陷或

碳纤维增强复合材料具有比强度高、比模量高、仪中损伤→可修复？N维修过程

可设计性强及抗疲劳性能好等优点!，且耐热、导不可

修文固化条件

电、抗疲劳等性能突出，被广泛应用于轨道交通等领

图1碳纤维损伤修复流程

域。然而在服役过程中,碎石、地面异物和器械掉落遍、最有效、最便捷的方法之一I。但限于高分子

等低速冲击会对其产生与传统金属一样肉眼可见的

材料自身的特点，必须使其固化才能发挥材料的作

表面损伤L2},且基于其自身特点和损伤模式复杂用。目前的固化方法各有不足，如高温固化很难实

性，也会产生目视不可检出的内部分层损伤，包括纤

现现场作业；室温固化时间较长，影响修复效率；快

维脱胶L3]、纤维拔出L4」、层间树脂开裂L5」、分层L6]和速固化虽然固化时间短，但却影响了黏结强度。随

基体变形L7等,以上损伤将大幅度折减复合材料结着碳纤维复合材料在轨道交通中大量应用，需要实

构的刚度和强度。基于经济效益、力学性能要求、损现现场高效修复，所以需要开发相应的修复技术。

伤范围和位置等方面的考虑，复合材料修复通常是微波固化技术具有升温速度快、温度易于控制、热惯

处理复合材料构件损伤最具吸引力和成本效益的方性小、可选择性加热、能源利用率高、能降低材料的

法之一18-」，碳纤维的损伤修复流程如图1所示。残余应力、可有效提高复合材料的力学性能和界面

传统的修复方法如机械连接修复、树脂注射修结合力等优点，使得固化过程加热均匀，固化效率大

复和胶接修复10],或多或少存在缺点和修复限制。大提高，固化产物的性能得到了改善2]

利用高分子