危险蚀坑评判及疲劳寿命计算

通过对在EXCO(exfoliation corrosion)溶液中加速腐蚀不同时间后的LC4CS试件表面腐蚀形貌进行观测,得到不同腐蚀时间下试件表面蚀坑深度及底部曲率半径。通过分析给出张开角的定义,并以此确定危险蚀坑及预测预腐蚀件的疲劳寿命。研究结果表明:张开角可以合理地确定危险蚀坑以及初始裂纹的等效尺寸。通过算例分析,用张开角来确定危险蚀坑可以较好地预测预腐蚀件的疲劳寿命。     

基于腐蚀等级的机场环境下航空铝合金材料疲劳性能研究

通过开展航空LD2铝合金试件的定级加速腐蚀试验和预等级腐蚀疲劳试验,建立该材料腐蚀等级F与其疲劳极限S∞的对应关系函数。在此基础上,以腐蚀等级F相同为腐蚀损伤等效原则,获取机场环境腐蚀与加速环境腐蚀的当量关系系数k,并通过获得的加速腐蚀环境下腐蚀等级F与其疲劳极限S∞的对应关系函数,得到机场环境下航空LD2铝合金材料疲劳极限S∞随其服役日历年限T的对应关系函数。研究发现所建关系函数较为合理准确地反映机场环境下航空LD2铝合金材料疲劳极限S∞随其服役日历年限T的衰减规律,其结果可为飞机结构相关日历寿命评定研究奠定基础。     

高强度铝合金腐蚀损伤检测实验研究

在实验室环境下对LC4铝合金进行加速腐蚀试验,用超声C扫描机对试件表面腐蚀损伤特性进行检测,可明显识别单蚀坑及多蚀坑连通区域.用数码显微镜观测单蚀坑表面形貌近似为一个圆形,而且在一个尺寸较大主蚀坑边缘还有若干次蚀坑,首次采用激光位移传感器测量腐蚀坑深度,综合多种测量结果,进行腐蚀损伤形貌研究,经过统计分析点蚀最大坑深度...     

一种预测蚀坑腐蚀疲劳寿命的概率模型

蚀坑腐蚀引起的疲劳损伤过程包括七个阶段,蚀坑形成、蚀坑扩展、蚀坑转变为疲劳小裂纹、小裂纹扩展、小裂纹转变为长裂纹、长裂纹扩展和断裂.用一阶可靠性方法(first-order reliability method,FORM)和蒙特卡洛模拟法分别计算铝合金蚀坑腐蚀疲劳寿命,得到疲劳寿命的累积分布函数(cumulative distribution function,CDF),进行概率敏感性分析.同时研究几个随机变量及其变异系数(coefficient of variation,COV)对预测疲劳寿命的影响.     

铝合金加速腐蚀形貌分形特征提取

基于数字图像技术,将分形理论应用于腐蚀形貌图像的特征提取,结合LY12CZ铝合金在EXCO(exfoliationcorrosion)溶液中的加速腐蚀试验,用分形维数表征腐蚀形貌的演化过程,计算得到加速腐蚀不同时间的分维值。结果表明,腐蚀初期蚀坑数目增加明显,分形维数迅速增大。随后,腐蚀速率加快,蚀坑逐渐连成一片,分形维数增加减缓,并趋于平稳。     

腐蚀疲劳交替下2A12-T4航空铝合金的寿命分析研究

基于飞机服役期间经历“地面腐蚀与空中疲劳”的交替损伤模式,考虑载荷间的相互作用,研究了航空铝合金2A12-T4在预腐蚀与“腐蚀+疲劳”交替模式下疲劳寿命的退化与损伤累积规律。同级加载条件下提出利用腐蚀疲劳耦合损伤指数和迟滞载荷用来描述考虑交替腐蚀疲劳损伤模式,用各级疲劳损伤间的相互影响及腐蚀损伤与疲劳损伤在服役工作期间的耦合作用来描述腐蚀、疲劳间的相互促进、加速劣化的现象。基于损伤力学和非线性累积理论,考虑载腐蚀疲劳耦合指数与迟滞载荷对传统的Miner线性累积损伤理论进行修正。建立了飞机结构材料的寿命计算模型,并将模型计算结果与试验结果进行对比验证。确定了腐蚀实验中的腐蚀耦合损伤,并利用低载锻炼效应理论得出均匀分布的迟滞载荷。计算结果表明,本文提出的寿命计算模型的结果与实验结果比较吻合。     

不同腐蚀环境下高强铝合金腐蚀行为

针对航空铝合金材料在服役过程中因恶劣环境而导致材料腐蚀的问题,通过分析腐蚀形貌、腐蚀坑开口面积、腐蚀深度、点腐蚀坑数量、pH值、腐蚀产物等变化,研究2xxx航空铝合金在不同腐蚀环境(3.5%NaCl水溶液、模拟油箱积水溶液和潮湿空气)中的腐蚀行为和机理。结果表明,在3.5%NaCl水溶液中,铝合金试样表面腐蚀坑的产生主要发生在前24h内,其最大腐蚀坑深约为45μm,而在72~120h, 随预腐蚀时间的延长,腐蚀坑深度、个数的增加并不明显;铝合金试样在模拟油箱积水环境中的腐蚀规律与在3.5%NaCl水溶液中的相似,但腐蚀坑最大开口面积和腐蚀坑的个数明显减少;与前两种环境相比,试样在潮湿空气环境中的腐蚀程度明显减小,腐蚀坑总体个数最少,最大腐蚀坑深约在20μm以内,最大开口面积约在5000μm²左右,且随着腐蚀时间的增长,腐蚀坑之间的深度差距越来越小。     

LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率评价的可靠性模型

腐蚀损伤会加速疲劳载荷下的飞机铝合金结构裂纹的萌生和扩展,威胁结构安全性。针对腐蚀影响下的疲劳裂纹扩展的随机性本质,对预腐蚀LD10CS合金的预腐蚀疲劳试验进行了数据分析,提出了基于可靠性的腐蚀裂纹扩展速率表征方法,与试验结果对比表明,该方法可以给出LD10CS腐蚀疲劳裂纹扩展速率的上下限,进而给出该种材料铝合金构件的疲劳裂纹扩展寿命的上下限,为评估铝合金构件的寿命提供了依据。     

考虑环境腐蚀效应影响的飞机结构日历使用寿命修正方法

基于皮劳额定值ＤＦＲ与大气暴露时间Ｔ之间的关系式推导出了环境腐蚀造成的结构波劳寿命与日历使用寿命之间的关系式,从而给出了结合线笥螺积损伤理论的一种考虑环境蚀效应影响的飞机结构日历使用寿命的估算方法。     

利用模态声发射技术监测飞机主结构件的日历损伤

研究了腐蚀特别是点腐蚀过程产生声发射(AE)的源机制及AE信号特点,推导了AE信号幅度与腐蚀深度及频率的关系,并说明该关系对利用AE技术监测腐蚀损伤的意义。论述了利用模态声发射(MAE)技术识别腐蚀AE信号的理论根据,介绍了利用MAE技术对飞机主结构件日历损伤进行评估的方法。基于试验获得的航空用铝合金材料在加速腐蚀过程中的声发射信号与腐蚀损伤的关系对研究材料损伤程度与声发射强度之间的内在联系有重要意义。试验表明,腐蚀能远在被肉眼发现之前即可很方便地用AE仪器检测,利用AE技术探测早期腐蚀、研究腐蚀发展规律、监测和评估腐蚀损伤具有极其良好的应用前景。     

腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

根据编制的某机场环境加速试验谱,通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用,采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74,制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验,分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响,揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔,裂纹扩展路径较为平直;随着腐蚀程度的加重,在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹,萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应,扩展路径不规则,形成“之”字形裂纹;疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果;腐蚀导致疲劳寿命显著降低,尤其是裂纹萌生寿命,腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。     

某型飞机典型疲劳关键件加速腐蚀条件下 C-T曲线的测定

针对某型飞机典型疲劳结构模拟件开展加速环境谱及加速腐蚀试验技术探索性研究.根据腐蚀损伤等效原则,给出试验室加速环境下与外场使用环境下的腐蚀当量关系,对预腐蚀不同时间后的模拟件进行载荷谱疲劳试验,获得了腐蚀影响系数C随地面停放年限T的变化曲线,为确定该结构日历寿命提供依据.     

腐蚀环境下飞机结构广义全寿命分析模型

研究老龄飞机在腐蚀环境下服役的寿命预测方法.针对飞机不同的停放位置与飞行环境,建立详细的环境模型,并对机体上的腐蚀损伤进行测量与统计分析,得到腐蚀损伤随环境和服役时间演化规律的概率模型.利用有限元方法计算得到受腐蚀损伤结构件的受力分布情况,和裂纹扩展分析软件结合起来进行寿命估算.最后应用此方法对坑蚀和剥蚀对机体结构寿命的影响进行算例分析,预测结果和试验结果符合很好.     

腐蚀坑应力集中系数影响分析

利用KH-7700型三维显微镜对经过预腐蚀的6151/T6铝合金材料的腐蚀坑三维形貌进行测量分析,发现可以将腐蚀坑近似为规则的半椭球体。对不同加速腐蚀时间的腐蚀坑测量数据统计分析,得到腐蚀坑的三维尺寸比值一般不超过4,极少达到10。基于ABAQUS6.10有限元软件,对含不同形貌、不同位置腐蚀坑的试验件进行应力集中系数分析发现,不同形貌的腐蚀坑随着b/c的增大,应力集中系数逐渐变小,而a/c增大,应力集中系数逐渐变大;对于同一腐蚀坑,试验件在不同位置引起的应力集中,其影响变化不大,大约在5%以内。     

腐蚀环境下飞机结构疲劳全寿命评估模型

腐蚀环境作用下飞机结构疲劳全寿命评定是飞机结构疲劳断裂分析技术发展的趋势。介绍结构疲劳全寿命的研究现状,在此基础上提出基于不连续状态腐蚀与疲劳交互作用下飞机结构的全寿命评估模型。该模型能将环境影响下的点腐、剥蚀的演化不连续状态(evolving discontinuity state,EDS)纳入全寿命分析框架中。模型的构建能为飞机结构腐蚀疲劳全寿命评定提供技术支持。最后,对全寿命模型的进一步研究提出建议。     

停放环境下飞机材料疲劳性能的退化规律

对2A12-T4铝合金试样进行了加速环境试验,模拟自然停放环境对飞机停放不同日历年后的影响;并进行疲劳试验,通过试验数据,计算得到试样的细节疲劳额定强度(σDFR),拟合得σDFR与停放时间的函数关系式。结果表明:随着日历时间的延长,材料的σDFR呈线性下降趋势;且在自然环境下停放12a的退役飞机上同种材料的实际σDFR与其计算得到σDFR的误差极小。     

应力腐蚀损伤裂纹起始寿命计算模型

应力腐蚀破裂的三个阶段中(裂纹孕育期、裂纹扩展期、快断期)孕育期的裂纹起始寿命约占总寿命的90%,其分析估算的准确性对应力腐蚀总寿命的估算有决定性的意义.文中应用应力腐蚀损伤累积的概念,建立裂纹起始寿命计算的损伤模型,该模型考虑到应力与损伤的关系及应力腐蚀破裂的门槛值.以文献中光滑试件恒定应力应变腐蚀试验为算例,对不同初载荷作用下的应力腐蚀裂纹起始寿命进行计算,与试验结果对比有很好的一致性,说明该模型的可行性.