腐蚀条件下基于Gerber模型的DFR推导及实测

为了研究等寿命曲线模型的选取对细节疲劳额定值计算结果的影响,针对六种典型航空材料对比了Gerber模型和Goodman模型对于高周疲劳数据的拟合精度;推导基于Gerber模型的DFR计算公式、腐蚀折算系数CC的表达式;针对2024-T3铝合金(表面阳极化)进行了预腐蚀0 h、6 h、12 h、24 h、36 h和72 h的疲劳实验并分析预腐蚀72 h的疲劳断口。结果表明:Gerber模型适用于LY12CZ等铝合金,并且在N_(95/95)10~5次时,基于Gerber模型的DFR法才能发挥延性材料的潜能;随着预腐蚀时间增长,2024-T3铝合金DFR值下降,基于Gerber模型计算的DFR分别为84.251 MPa、84.721 MPa、79.683 MPa、80.745 MPa、77.026 MPa和74.996 MPa,腐蚀折算系数CC为1.006、0.946、0.958、0.914、0.890,拟合得到DFR随预腐蚀时长的变化曲线是DFR=84.251[lg(t+10)]~(-0.15578);断口分析发现预腐蚀产生的蚀坑和材料中的夹杂物会加速疲劳裂纹的形成和扩展,导致结构的疲劳性能降低,但与裸材相比,阳极化过的试件的DFR在腐蚀环境中下降趋势减缓。     

海洋环境下G814/3233复合材料的老化机理及加速老化与自然老化的相关性

为探索航空用碳纤维增强树脂基复合材料（CFRP）的老化机理及实验室加速老化环境与真实服役环境间的相关性,以飞机常用的G814/3233复合材料为研究对象,以海洋环境为服役背景开展了实验室加速老化试验和随舰自然暴露试验,观测了老化前后CFRP试件的力学性能、微观结构、组织成分等;改进了传统的大样本统计方法,提出了确定自然老化方程的小子样方法,有效扩大了数据样本;提出了以纵横剪切强度保持率为基准的当量折算系数计算方法并开展了验证试验。结果表明：在加速老化1个月后,G814/3233复合材料的表面树脂及碳纤维/树脂界面遭到破坏,剩余强度、纵横剪切强度、玻璃化转变温度分别下降6.93%、7.30%、0.87%,室温条件下的储能模量升高约5 GPa;获得了该型CFRP在南海环境下的老化机理和纵横剪切强度中值曲线;确定了自然老化环境与加速老化环境之间的当量折算系数为7.25;所建立的实验室加速老化方法对自然老化方具有较好的加速性和重现性。     

冲击载荷作用下38CrMoAl渗氮钢损伤机理和耐腐蚀性能

为研究38CrMoAl渗氮钢材料在冲击载荷与海洋环境侵蚀共同作用下的损伤机理和耐腐蚀性能,对渗氮处理前后的38CrMoAl钢材料进行了冲击加载试验和腐蚀性能测试。研究发现渗氮38CrMoAl钢材料在高应变率下具有较强的正应变率敏感性。在冲击载荷作用下,试件表面渗氮层出现裂纹,并伴随着渗氮层的部分脆性剥落,但裂纹长度均在500~700 μm,裂纹只在渗氮层中扩展,并没有继续延伸至非渗氮层的金属基体内部。渗氮处理提高了材料表面硬度和强度,但降低了韧性。电化学测试结果表明渗氮处理显著提高了材料的耐腐蚀性能,其自腐蚀电位相对于未渗氮试件由-726.24 mV正移至-174.42 mV。但冲击加载后的渗氮试件由于表面渗氮层的破损,部分金属基体露出并与未发生破坏的表面形成电势差,进而发生较为强烈的电偶腐蚀。扫描开尔文探针测试结果表明,渗氮件表面阴阳极电位差及电位分散程度相对于未渗氮件增大,渗氮件更易发生局部腐蚀。冲击加载改变了渗氮层的表面状态,阴阳极电位差增加,使材料表面腐蚀变得更加不均匀。对试件耐腐蚀性能进行了盐雾试验验证,盐雾试验结果与电化学测试分析结果相一致,在舰载机维护保养中,应关注受冲击部位渗氮层的裂纹检查,并做好相应的防腐处理。     

高应变率条件下38CrMoAl钢的动态力学行为及失效模型

38CrMoAl钢是飞机某频繁经受冲击载荷结构的主要材料，为了获得该钢在冲击载荷下的力学行为和失效参数，本文对38CrMoAl钢开展了准静态试验、应变率从650 s^-1至5 500 s^-1的动态力学试验以及应力三轴度试验，对材料的金相组织和断口形貌进行了微观观察分析，最后基于试验结果确定了材料的修正强度模型和失效模型参数。试验结果表明，38CrMoAl钢具有较强的应变率敏感性，材料屈服强度随着应变率的增加具有正应变率强化效应，应变率在10^-3~5 500 s^-1的范围变化时，屈服应力从450 MPa上升到了1 085 MPa，应变率为5 500 s^-1时材料的屈服应力达到了准静态条件下的2.41倍。对材料组织的微观观察分析发现材料主要由呈现颗粒状的回火索氏体组成，材料在高应变速率加载下其塑性发生了下降，断口由韧窝型塑性断口向局部解理断面发生转变，韧窝尺寸也随着应变率的升高而变小。对Johnson-Cook（J-C）强度模型中的应变率强化项进行了修正，使修正后的本构模型可以更有效地描述38CrMoAl钢的动态力学行为，最后结合数值模拟方法确定了材料的J-C失效准则参数。     

2024-T3铝合金DFR退化规律及疲劳断口分析

通过对2024-T3铝合金进行不同时长条件下的预腐蚀疲劳试验,拟合得出了2024-T3铝合金DFR(Detail Fatigue Rating)随腐蚀时长的变化曲线,并通过对2024-T3铝合金预腐蚀后的疲劳断口分析,得到了2024-T3铝合金疲劳性能退化过程的一些基本特点和规律。对于掌握2024-T3铝合金的DFR退化规律,做好飞机结构的腐蚀防护有重要的参考和借鉴作用。     

飞机结构常见腐蚀形式仿真研究进展

当前军用飞机环境适应性考核一般采用外场暴晒和实验室加速两种手段进行,但当结构设计发生改变时,往往需要重新进行考核试验,耗时耗力。腐蚀仿真运用有限元或边界元的数学手段,以电化学基础理论为依据能够在较短的时间内准确的预测腐蚀结果,得到了国内外研究学者的青睐并在欧美等发达国家部分领域已经开始得到应用。首先重点分析了飞机常见腐蚀形式的国内外仿真研究现状,包括电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀以及应力作用下的腐蚀,在此基础上,对腐蚀仿真的基础理论进行了总结概述,针对目前较为成熟的腐蚀仿真商业软件进行了优缺点对比,最后提出了动界面追踪、多尺度多物理场腐蚀仿真模拟、腐蚀仿真规范化以及航空领域工程应用4个腐蚀仿真目前研究的难点,期望可以为腐蚀仿真的进一步探究提供方向性参考。     

基于改进SWT模型的FGH96合金低周疲劳寿命预测

针对SWT（Smith-Watson-Topper）模型未考虑材料对平均应力影响的灵敏度以及忽略平均应力对材料塑性变形影响的问题,利用材料的屈服强度和抗拉强度,对Walker指数γ的计算公式进行了改进,并将其引入到SWT模型中对损伤控制参数进行了修正。同时结合M-H（Manson-Halford）模型塑性部分平均应力修正方法对SWT模型中的塑性变形参数进行了修正,从而提出了一种基于改进SWT模型的FGH96粉末高温合金低周疲劳寿命预测方法。利用不同材料的γ试验计算值对改进的Walker指数计算方法进行了验证,计算平均相对误差为10.25%。并利用FGH96合金和其他航空发动机材料的低周疲劳试验数据,对改进SWT模型的寿命预测精度及适用范围进行了评估,并与M-H、SWT和Lv模型进行了对比。结果表明,改进SWT模型对不同材料的预测结果基本位于±2倍分散带之内,其寿命预测能力要高于其他3种模型。     

基于DFR的战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法

战斗机疲劳关键部位日历寿命难题的核心在于缺少具有普适性的日历寿命设计方法。为此，首先基于战斗机飞行载荷特征，分情况讨论了地面停放、低空飞行、高空飞行时环境对战斗机结构疲劳性能的影响。其次基于腐蚀条件下战斗机结构耐久性设计DFR法及疲劳损伤累积理论，建立了战斗机结构日历寿命分析模型，并从服役环境、飞机类型、材料及结构的角度分析了日历寿命影响因素。然后基于此模型建立了战斗机疲劳关键部位日历寿命设计方法，并且通过与传统日历寿命评定技术的对比及某型战斗机外翼2墙日历寿命设计示例，阐明此法的可行性、适用性及优越性。