铝合金结构腐蚀损伤性能评价指标

以试验为基础,结合有限元方法对遭受腐蚀损伤的铝合金结构性能进行了研究.将铝合金试验件在不同的腐蚀条件下进行预腐蚀,对预腐蚀后的试件进行疲劳加载试验.利用光学显微镜和扫描电镜对腐蚀损伤形貌进行观测和分析,对描述铝合金腐蚀损伤性能的两个关键参数:腐蚀损伤度、腐蚀损伤平均深度进行了实验观测和有限元分析.结果表明这两个参数可以作为铝合金结构腐蚀损伤性能的评价指标.     

腐蚀和疲劳交替作用下飞机铝合金疲劳性能及断裂机理研究

对LY12-CZ铝合金试验件进行腐蚀和疲劳的交替试验研究,分析"腐蚀+疲劳"和"疲劳+腐蚀+疲劳"两种方式下不同的腐蚀时间及不同的温度对试验件疲劳性能的影响及疲劳断裂特性差异。对试验结果的分析处理表明,同样腐蚀条件下"疲劳+腐蚀+疲劳"较"腐蚀+疲劳"方式的试验件疲劳寿命有所增加,而且增加幅度随着预疲劳寿命的增加而降低。腐蚀钝化疲劳过程中产生的微裂纹及挤入/挤出是疲劳寿命增加的原因。在腐蚀较轻状况下,腐蚀过程的钝化有着修复疲劳微损伤的功能,在腐蚀较为严重情况下(如腐蚀时间为40 h、温度为60℃),同时也产生大量腐蚀坑缺陷成为疲劳裂纹源,使得试验件疲劳寿命增加不明显,疲劳与腐蚀交替作用的先后顺序对试验件疲劳寿命的影响无差别。     

LY12CZ铝合金单轴腐蚀疲劳寿命评估的损伤模型

基于损伤力学基本理论,建立了LY12CZ铝合金试件的腐蚀疲劳寿命预测模型,并利用LY12CZ铝合金进行腐蚀疲劳的验证性试验。结果表明,利用损伤力学基本理论建立的模型所得到的预腐蚀LY12CZ铝合金试件腐蚀的疲劳寿命预测结果与腐蚀疲劳试验结果吻合程度良好,尤其对于应力水平较高的低周疲劳结果预测更为准确。这说明基于损伤力学的铝合金预腐蚀疲劳寿命预测模型合理有效,对LY12CZ铝合金构件的损伤容限评估具有参考价值。     

空气环境对预腐蚀2XXX系铝合金疲劳性能的影响

在实验室空气和潮湿空气环境下,对预腐蚀2XXX系铝合金光滑试样(Kt=1)和缺口试样(Kt=3)进行疲劳试验,并用单侧容限因数法对疲劳寿命进行估算,得到了两种试样在两种空气环境下的中值疲劳寿命和99%可靠度、95%置信度水平上的疲劳寿命。结果表明:潮湿空气环境降低了预腐蚀2XXX系铝合金的疲劳性能;光滑试样的疲劳寿命数据比较分散,且应力水平越低越分散;缺口试样的疲劳寿命数据比较集中;潮湿空气环境下疲劳寿命较低的原因是铝合金表面的薄水膜加速了裂纹的扩展以及原子氢引起的局部损伤。     

高强度铝合金的腐蚀损伤分布规律研究

在飞机大修及外场维护中所检查到的铝合金翼梁缘条腐蚀损伤数据的基础上，利用数理统计的方法，对飞机结构高强度铝合金件在机场使用到一定日历年限后的最大腐蚀深度的统计规律进行了分析研究，建立了高强度铝合金结构件的腐蚀损伤失效模型及统计分布函数。统计结果表明：飞机结构使用到某一日历年限时，最大腐蚀深度较好地服从正态分布规律，在飞机维修工程应用中利用此分布规律可估算铝合金结构件的最大腐蚀深度。     

腐蚀预损伤对铝合金小裂纹行为影响研究

研究了不同腐蚀预损伤对新型高强铝合金小裂纹行为的影响。小裂纹试验采用单边缺口拉伸试样（SENT）,在试样半圆形缺口根部预制直径大小为100—300μm的单腐蚀坑,后在空气环境进行疲劳小裂纹实验,实验在R=0．5恒幅载荷下,采用复型法观测小裂纹的萌生及扩展情况。结果表明,与预腐蚀24h试样相比,预腐蚀240h试样产生的裂纹数量较少,裂纹萌生与扩展较快。预腐蚀240h试样裂纹绝大多数萌生于腐蚀坑处而预腐蚀24h试样并未出现类似特性。预腐蚀240h试样未显现明显的小裂纹效应,预腐蚀24h试样有较明显的小裂纹效应出现。文中还通过引入参数aT对腐蚀时间与小裂纹受微观组织影响程度的关系进行了描述。相较预腐蚀24h试样预腐蚀的240h试样的aT更短,小裂纹受微观组织影响也更小。     

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。     

不同海域下7B04铝合金铆接结构的腐蚀行为对比研究

在两种不同海域的海洋环境下对7B04铝合金铆接结构试验件进行自然曝晒,通过对试验件一年后腐蚀情况的对比分析,研究了这两种海洋服役环境对7B04铝合金的腐蚀影响。结果表明:两种海域的海洋环境对7B04铝合金铆接结构试验件都产生了明显的腐蚀行为,疲劳性能均有不同程度的下降,涂层对海洋环境能够起到较好的防护作用;同时两种海洋环境对7B04铝合金腐蚀行为的影响也表现出明显的差异性,必须对更严酷的服役环境做好针对性的腐蚀防护工作。     

应力与腐蚀因素对连接件腐蚀疲劳寿命交互作用的研究

在应力控制下分别研究了不同应力,预腐蚀时间对3．5％NaCl溶液中有涂层的LY12CZ铝合金铆接连接件的腐蚀疲劳性能影响的规律。试样结构是根据飞机蒙皮的真实结构设计制成的单剪切连接件,按实际工艺过程进行表面处理。试验结果表明,提高应力和延长预腐蚀时间均会缩短连接件的腐蚀疲劳寿命。应力与环境腐蚀因素对连接件的腐蚀疲劳寿命的影响作用不是简单的叠加关系,而是相互影响的,结果还表明,在无预腐蚀的条件下有涂层连接件在pH值为6的NaCl溶液中的腐蚀疲劳寿命比空气中的寿命要高,并且在高低应力范围内均有此现象,在30MPa下预腐蚀对连接件的疲劳寿命的影响作用比50MPa下预腐蚀对连接件疲劳寿命的作用要明显。     

腐蚀/疲劳交替作用下2A12-T4铝合金的损伤特性

对2A12-T4铝合金进行腐蚀/疲劳交替试验,探讨了其在腐蚀/疲劳交替作用下的损伤特性。结果表明:腐蚀和疲劳的耦合作用加剧了疲劳寿命的下降,腐蚀坑在垂直于疲劳加载方向上形成表面小裂纹;在腐蚀/疲劳交替作用下,试样断口表面会产生多个疲劳源;腐蚀/疲劳交替试验更接近飞机结构真实的使用坏境。     

铝合金及复合材料板开孔损伤分析

分析计算了中心开孔损伤对铝合金板和不同铺层方式的复合材料板承载能力的影响。结果表明：在开孔尺寸一定的情况下，随着板宽的增大，开孔损伤板的应力集中因数减小；随着材料各向异性程度的提高，开孔损伤对板件的应力集中因数和承载能力的影响增大。这一结果在试验中得到证实。     

6063铝合金在不同应力状态下的变形及损伤行为

用平板拉伸、缺口拉伸、剪切试验结合断口形貌观察及有限元模拟等方法,对6063铝合金在三种不同应力状态下的变形及损伤行为进行了研究.结果表明:在不同应力状态下该合金的变形及损伤行为存在明显的差异,剪切时材料的断裂应变远大于平板和缺口拉伸时的,而缺口拉伸时材料的屈服强度及峰值应力大于平板拉伸时的;平板拉伸时试样为拉剪混合型断裂,断口由一定比例的韧窝和剪切平面组成;缺口拉伸时试样有明显的颈缩,断口以韧窝为主;剪切断口以剪切平面为主;损伤行为的有限元模拟结果与试验结果吻合较好.     

基寸电阻法的铝合金疲劳损伤表征

基于电阻法定义了表征铝合金构件疲劳损伤程度的损伤变量,并给出了铝合金疲劳损伤累积模型,以及基于电阻变化的疲劳剩余寿命预测公式。通过6A02铝合金疲劳试验,对得到的理论预测公式进行了验证。结果表明,基于电阻的损伤变量能够较好地反映出铝合金材料的疲劳损伤过程,理论预测模型对于铝合金材料高循环周次疲劳剩余寿命具有较高的预测精度,而对于低循环周次疲劳剩余寿命的预测能力有限。本文给出的模型具有一定的工程参考价值。     

铝合金材料腐蚀损伤动力学规律研究

利用柯氏达光学显微镜分别对自然环境下服役6、7、8.5、10、12.5年的某型飞机翼梁缘条铝合金材料（LY12CZ）的最大腐蚀深度进行检测,采用幂函数、指数函数、自然对数线性函数、线性函数等模型对最大腐蚀深度进行拟合检验,其相关系数都比较高,相对而言,自然对数线性函数的相关性最大,因此,可以用自然对数线性函数来描述铝合金材料的最大腐蚀深度与日历使用年限的关系。     

铝锂合金预腐蚀疲劳退化研究

铝锂合金是一种新型的航空用铝合金。本文基于电化学原则建立了某地的腐蚀加速环境谱,并基于加速环境谱,研究了铝锂合金预腐蚀疲劳性能。研究结果表明,低腐蚀损伤对其疲劳寿命影响不大,而高腐蚀损伤会明显缩短试件的疲劳寿命。     

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%。     

稀土对泡沫铝及泡沫铝合金耐腐蚀性能的影响

研究了稀土对泡沫铝及泡沫铝合金泡沫化和压缩性能的影响,讨论了稀土加入量和泡沫铝及泡沫铝合金耐腐蚀性能的关系。结果表明：稀土对铝合金泡沫化无异常影响;在泡沫铝和泡沫铝合金中添加适量稀土元素,可以提高泡沫铝和泡沫铝合金的耐腐蚀性能;相同腐蚀介质中,孔隙率高的泡沫铝合金腐蚀更严重;稀土对泡沫铝及其合金的力学性能影响不大。