三维增材修复结合强度的评价方法及试验装置和试验件与流程

本申请属于耐久性损伤容限分析技术领域，特别涉及一种三维增材修复结合强度的评价方法及试验装置和试验件。

背景技术：

飞机机体主承力构件由于所承受载荷大，易出现疲劳裂纹，一旦破坏将直接危及飞行安全。这类构件结构复杂、施工通路狭小同时还常处于燃油环境中，对裂纹的修复手段限制较为苛刻。传统的螺栓连接补强和胶接补强修理方式，以及搅拌摩擦焊均难以胜任。为此提出了三维增材修复主承力构件的修理方法，该方法基于射流技术原理，通过高压气体带动喷涂粒子，形成高速粒子射流，与待修复构件碰撞发生剧烈的塑性变形，在待修复构件表面形成沉积层(喷涂体)。

然而增材修复是通过界面以剪力的形式将基体上的载荷传递到喷涂体，以达到分担基体载荷，降低基体应力的作用，但其效果如何，现有技术中并没有一种试验方法或装置可以实现评价。

技术实现要素：

本申请的目的是提供了一种三维增材修复结合强度的评价方法及试验装置和试验件，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。

在一方面，本申请提供的技术方案是：一种三维增材修复结合强度评价的试验装置及试验件，所述试验件包括：具有平面结构的基体；喷涂于所述基体上的喷涂体，所述喷涂体被加工成至少包括多个矩形结构的喷涂条；所述试验装置包括：基座及剪切装置，所述基座及剪切装置相固定形成有能够使所述基体通过而所述喷涂条不能通过的剪切空间。

在本申请中，所述基座及剪切装置的材料硬度和强度大于所述基体及喷涂条的材料硬度和强度。

在本申请中，所述试验件与所述试验装置之间具有不大于1mm的间隙。

在本申请中，所述基座上用于固定的加持部具有多个用于增大摩擦力的条形凸起，所述条形凸起与加载力的方向垂直。

在本申请中，所述基座和剪切装置采用螺栓连接或焊接之一的固定方式。

在另一方面，本申请提供的技术方案是：一种三维增材修复结合强度的评价方法，所述方法采用如上任一所述的试验装置及试验件，所述方法包括：

固定所述试验装置及安装所述试验件，使试验件能够沿着所述剪切空间运动；

获取加压破坏载荷，驱动所述试验件使所述试验件的喷涂条与所述基体分离，所述喷涂条与所述基体分离时的载荷即为加压破坏载荷；

根据所述加压破坏载荷及所述基体与喷涂条的结合面面积确定基体与喷涂条的结合强度，所述结合强度满足

式中，p为喷涂条与基体分离时的载荷，f为喷涂条与基体的结合面面积，n为喷涂条个数；

最后，依据结合强度能够判断喷涂体是否满足使用要求。

本申请的三维增材修复结合强度的评价方法及试验装置和试验件具有试验简单、高效的特点，能够通过最小的资源消耗准确评估三维增材修复的结合强度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请中的试验件示意图。

图2为本申请中的试验装置示意图。

图3为本申请中的试验装置俯视图。

图4为本申请中的试验件与试验装置配合截面图。

图5为本申请中的试验件与试验装置配合正面图。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

为了解决背景技术中所提出的问题，本申请提出了一种三维增材修复结合强度的评价方法及试验装置和试验件，能够对三维增材修复后的结合强度进行准确评价。

首先介绍本申请提供的三维增材修复结合强度的试验装置及试验件。

如图1所示，在本实施例中试验件1的基体11为7系铝合金材料，例如为7b05铝材，按照三维增材修复的相关工艺进行防护和吹砂等喷涂准备工作后，对试验件1进行喷涂，其中喷涂时在带有抽风、除尘装置的操作箱内进行。喷涂材料为7075铝粉，其与本实施例中的基体11为相同或相近系列材质，喷涂所采用的运载气体为氦气，按照喷涂相关的方法确定喷涂的范围和厚度，其中喷涂的范围和厚度均留有余量。在喷涂结束24h以后，使用线切割工艺方式按图1将试验件1的喷涂体12加工成完全相同的多个喷涂条13。本实施例中，喷涂条13的数量为三个。

如图2和图3所示，试验装置2主要包括基座21和剪切装置22两部分构成。基座21的截面大致成z型，剪切装置22成工字型，当剪切装置22与基座21相配合时，两者之间形成有一剪切空间24，剪切空间24的长宽略大于试验件1的基体11的长宽，从而可以使基体11能够通过剪切空间24，而喷涂条13不能通过。在本申请优选方案中，剪切装置2的剪切空间24距试验件1的基体11具有不大于1mm的间隙。

在本实施例中，基座21用于被试验机进行夹持，剪切装置22用于与喷涂条13进行接触形成剪切作用，两部分通过螺栓23连接。采用分体式的基座21与剪切装置22，可以在试验中出现剪切装置22损坏时，方便更换。

在本申请中，试验装置2的材料应具有较高的强度和刚度，即基座21和剪切装置22的材料硬度和刚度大于试验件1的材料硬度和刚度。在本实施例中，构成试验件1的基体11采用7系铝合金材料制成，为保证试验装置具有足够的强度和刚度，基座21、剪切器22和连接两者的螺栓均选用30crmnsia钢材制造。

在本申请中，由于基座21被试验机进行夹持，为了提高基座21被加持的摩擦力，在基座21上用于固定的加持部26设有多个用于增大摩擦力的条形凸起，条形凸起的凸起方向与加载力的方向垂直。

另外，本申请中还提供了一种三维增材修复结合强度的评价方法，本方法采用上述的试验装置及试验件，所述评价方法包括：

如图4和图5所示，将试验装置2固定于试验机(未示出)夹头下部，试验件1固定于试验机夹头上部。试验件1与试验装置2之间的间隙应不大于1mm，如间隙不满足要求可加垫片进行补偿。

试验过程中，由静力试验机向试验件1施加压向载荷f，通过试验装置2中剪切装置22的剪切边25与试验件1的喷涂条13的接触，可形成对结合界面的剪切作用，依次剪断三段喷涂条13，从而得到结合界面的多个破坏载荷值。

通过对破坏载荷值求均值，可计算得到增材修复的结合强度，即结合强度为式中，p为喷涂条与基体分离时的载荷，a为喷涂条与基体的结合面面积，n为喷涂条个数。

最后，依据结合强度可对喷涂体的结合强度进行评价。例如结合强度与一体式加工成型的试验件(即与喷涂形成的试验件具有相同的结构)的剪切力相同或相近，则认为三维增材修复结合强度符合要求，若剪切力仅为前者的50％，则认为三维增材修复结合强度不符合要求。

本申请的三维增材修复结合强度的评价方法及试验装置和试验件具有试验简单、高效的特点，能够通过最小的资源消耗准确评估三维增材修复的结合强度。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。