碳纤维复合材料因其优异的性能在航空航天、船舶、建筑等各个领域得到了广泛的应用,然而,复合材料结构在生产制造和使用过程中不可避免的会产生各种缺陷和损伤。对于大型的完整结构,完全更换损伤构件会造成极大的经济损失以及时间损耗,因此复合材料修理逐渐受到人们的重视。其中胶接修理以其优异的性能在很多领域得到广泛的应用。本次课题研究的主要目的是通过各种方法提高胶接接头的强度进而增强修理结构的可靠性。本文主要的研究工作如下:(1)以T300单向碳纤维预浸料(单层厚度为0.15 mm,纤维密度为1.77 g/cm3)为原料,采用热压罐固化成型工艺制备复合材料层合板,并按照实验标准裁剪试件。在搭接区域相同的情况下,制作了阶梯型、嵌套型、斜接型三种胶接接头,对各类试件进行拉伸及弯曲性能测试,得到试件的平均失效载荷及拉伸、弯曲强度,并对各类试件的失效形貌进行分析。实验结果表明:不同搭接形式的胶接接头力学性能有很大的差异,斜接型搭接接头的力学性能最好。(2)采用4种不同粗糙程度的砂纸(60钼、220钼、400钼、800钼)打磨及抛光处理接头胶接表面,设置两种典型的接头类型(单搭接接头、斜面搭接接头),研究了砂纸的粗糙程度及打磨方向(与纤维方向平行、与纤维方向垂直、任意方向)对接头拉伸性能的影响。同时,对试件胶接表面轮廓、表面粗糙度、表面接触角及表面能等多个表面参数进行测量。实验结果表明:砂纸沿任意方向均匀打磨时试件的胶接效果最好,剪切强度比单向打磨(沿着纤维方向及垂直于纤维方向)时提高了 10%;对于单搭接试件,220钼砂纸打磨胶接表面时接头拉伸性能最好,剪切强度较60钼砂纸打磨及抛光试件分别提高了 17.62%、22.3 1%。对于斜面搭接试件,400钼砂纸打磨胶接表面时接头拉伸性能最好,拉伸强度较60钼砂纸打磨及抛光试件分别提高了 11%、8.9%。(3)分别采用4个不同的超声处理时间(5 min、20 min、40 min、60 min)和超声功率(200 W、300 W、400 W、500 W)研究水浸超声参数对胶接接头断裂韧性的影响,并采用两种类型的胶黏剂(刚性胶黏剂DP270和韧性胶黏剂Araldite2015)研究超声辅助对不同胶黏剂胶接试件的影响。实验结果表明:水浸超声振动辅助胶接接头固化可以很大程度上提高胶接接头的断裂韧性,且接头的Ⅰ型断裂能随超声时间及功率的变化趋势与胶黏剂类型有关。在最佳的超声辅助条件下,与不加超声辅助的试件相比,胶黏剂DP270和Araldite2015胶接试件的Ⅰ型断裂能(GIC)分别提高了88.6%和46.8%。