材料疲劳裂纹门槛值测定方法研究

目的研究快速简便的金属材料疲劳裂纹扩展门槛值测定方法。方法利用原位观察技术,通过对裂纹扩展的精确捕捉获得材料裂纹扩展门槛值。结果利用原位技术测量获得的LY12CZ铝合金材料疲劳裂纹门槛值与Bucci采用升降法获得的门槛值数据相近,并且测量简便。结论利用扫描电镜原位技术可以快速获得裂纹扩展门槛值,是一项具有工程应用前景的裂纹扩展门槛值测量手段。     

2024-T62铝合金薄板长裂纹腐蚀扩展研究

通过变化应力比、预腐蚀时间、试验环境,开展2024-T62铝合金薄板长裂纹扩展试验。对试验结果进行处理与分析,给出腐蚀环境下2024-T62铝合金裂纹扩展Paris公式或Walker公式的材料常数,确定上述变化因素对2024-T62铝合金薄板长裂纹扩展速率的影响规律。     

航空铝合金材料微动疲劳裂纹扩展寿命研究

以断裂力学为基础,根据复合型裂纹断裂判据建立了LY12CZ铝合金材料微动疲劳裂纹扩展寿命预测模型,确定了模型中的参数,通过预测寿命与试验值的对比验证了该模型的正确、有效性。研究结果表明,微动疲劳裂纹形成阶段比较快,其寿命只占整个疲劳寿命的20%～25%,结构失效所消耗的时间主要在裂纹扩展阶段。     

预腐蚀铝合金材料裂纹萌生寿命评估

铝合金在航空工业中广泛应用,因此对于铝合金构件的寿命评估很重要。利用扫描电子显微镜(SEM)原位观测技术,研究了预腐蚀铝合金试件在循环应力作用下的疲劳裂纹萌生和扩展行为。结果表明腐蚀坑对于裂纹萌生扩展行为具有强烈的影响。基于局部应变法,提出了一种预测带有腐蚀损伤的铝合金疲劳裂纹萌生寿命的评估公式。     

基于局部腐蚀损伤的铝合金预腐蚀疲劳裂纹扩展模型

目的建立铝合金预腐蚀疲劳裂纹扩展模型。方法采用表征局部环境腐蚀损伤影响程度的参数孔蚀率对腐蚀疲劳裂纹扩展速率进行修正。结果修正后的腐蚀铝合金试件的疲劳裂纹扩展速率与试验结果吻合程度良好。结论修正后的铝合金预腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型合理有效,试验数据和预测模型可为海军飞机结构的损伤容限设计提供参考。     

温度对LY12CZ铝合金疲劳短裂纹扩展行为的影响

LY12CZ铝合金在飞机结构中广泛应用,由于其在高温下软化倾向小,因此可以用作受热部件。随着温度的提高,材料的物理性质会发生改变,引起材料抗疲劳性能退化,缩短结构的服役寿命。利用扫描电镜原位技术对不同温度下铝合金的疲劳行为进行研究。试验结果表明温度会影响铝合金疲劳短裂纹的扩展。基于短裂纹行为,提出了一种评价温度机械疲劳载荷共同作用下的铝合金短裂纹行为方法。     

海洋环境下ZL115-T5铸铝合金/C41500海军黄铜腐蚀行为研究

目的研究海军某型装备壳体结构材料在海洋环境下的腐蚀行为及规律。方法根据折算出的实验室加速腐蚀试验环境谱,开展了ZL115-T5铸铝合金试验件、ZL115-T5铸铝合金/C41500海军黄铜接触试验件、模拟实际涂抹黄油试验件以及模拟维护涂抹缓蚀剂试验件的实验室加速腐蚀试验。结果得到了该型铝合金在不同服役年限及服役状态下的腐蚀形貌、质量、平均腐蚀深度以及腐蚀损伤度变化规律。结论该型合金在不同服役状态下的腐蚀行为呈现差异化,ZL115-T5铸铝合金与C41500海军黄铜偶合接触会加速铸铝合金的腐蚀,黄油能够在一定程度上抑制电偶腐蚀,但效果并不明显。缓蚀剂能够延缓海洋环境下ZL115-T5铸铝合金腐蚀,其中THFS-10软膜缓蚀剂以及THFS-15长效硬膜缓蚀剂效果较好。     

基于环境腐蚀损伤的某型飞机日历寿命的确定

目的基于腐蚀的观点,确定基于环境区域腐蚀损伤的某型飞机结构的日历寿命。方法通过试验确定各级温湿度下飞机结构常用铝合金材料2Al2-T3腐蚀至任意损伤值的时间曲线(T-H曲线),并根据某型飞机的服役环境谱以及对应的腐蚀损伤容限D_c确定该型飞机的日历寿命。结果试验确定出不同湿度下的T-H曲线,引入海南陵水机场的温湿度环境谱,将数据带入计算模型,所得结果比较合理。结论该模型可以合理地求得腐蚀环境下飞机结构的日历寿命,获得的2Al2-T3铝合金腐蚀损伤时间曲线具有普适性。     

某系列飞机中央翼第三墙外置机匣接耳应力腐蚀裂纹的成因与预防

目的分析某系列飞机中央翼第三墙外置机匣接耳应力腐蚀裂纹的成因,并进行有针对性的预防。方法对发生裂纹的接耳进行端口检测,并对应力腐蚀条件和腐蚀环境进行分析。结果7B04铝合金在Cl-、超过应力腐蚀门槛值的应力和锻件夹杂的共同作用下,在表面氧化膜破裂的酸性环境下发生应力腐蚀。结论应当改进飞机修理过程中的工艺方法,并对接耳设计进行适当的修改。     

2024-T62铝合金涂层外场腐蚀环境下电化学性能研究

目的评估自然暴露条件下涂层的耐蚀性能。方法选取西沙热带海洋环境作为自然暴晒场,开展2024-T62铝合金涂层(N1和N2)在湿热暴露、紫外照射、盐雾等综合腐蚀环境下的外场暴晒试验,利用电化学测试方法对暴晒后涂层在3.5%Na Cl溶液中浸泡不同时间的耐蚀性能进行研究。结果铝合金涂层外场暴晒试验后,电化学阻抗值下降,综合腐蚀环境具有显明的加速作用。随着在3.5%Na Cl溶液的浸泡时间增加,C_(coat)-T值不断增大,Rcoat值不断减小。结论 N1铝合金涂层暴晒件电化学阻抗值较高,具有较强的耐蚀性能。     

高强预腐蚀铝合金单轴拉-拉疲劳断口定量分析

目的通过断口定量分析获得7A09铝合金的疲劳裂纹扩展规律,为7A09铝合金结构的寿命评估提供依据。方法使用EXCO溶液对试验件进行预腐蚀,利用疲劳拉伸机进行疲劳加载直至断裂,使用扫描电镜对疲劳断口进行定量化分析。结果疲劳裂纹在试件的腐蚀坑处萌生,从自由界面附近向纵深发展导致试件的断裂。通过断口分析和Paris公式确定了裂纹的萌生寿命和扩展寿命。结论腐蚀之后的试件裂纹萌生寿命占总寿命的比例下降,当裂纹扩展程度较大之后,受腐蚀影响减轻,得出裂纹扩展速率和应力强度因子的关系。     

2024-T3铝合金单搭接化铣板疲劳特性及失效机理

目的 研究2024-T3铝合金单搭接化铣板的疲劳性能及失效形式。方法 采用步进法对化铣板搭接件进行疲劳试验,运用奈尔检验法对疲劳强度进行数据处理,运用扫描电子显微镜和能谱分析对典型疲劳断口进行观察和成分分析,对比基板厚度和铆钉孔径对化铣板搭接件疲劳强度的影响,分析并探讨2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式及机理。结果 基板厚度对2024-T3铝合金化铣板搭接件的疲劳强度影响较大,而铆钉孔径影响较小。随着基板厚度的增加,化铣板搭接件的疲劳强度呈现出降低的趋势,对2种铆钉孔径(3、4 mm),厚度为1.8 mm化铣板搭接件的疲劳强度较厚度为0.6 mm的试样分别降低了13.2%和13.0%。基板厚度增加使铝合金化铣板搭接件的疲劳失效形式从上基板铆钉头部失效变为下基板纽扣处失效,并最终表现为铆钉断裂失效。结论 随着基板厚度增加,搭接件微动磨损加剧,加速了疲劳裂纹萌生,这是造成2024-T3铝合金化铣板搭接件疲劳强度显著降低的主要原因。     

2A12铝合金微动疲劳全寿命预测方法研究

目的对于2A12铝合金,提出基于成核寿命和扩展寿命的微动疲劳全寿命预测方法。方法基于损伤力学法计算裂纹成核寿命,利用扩展有限元计算裂纹尖端应力强度因子,应用断裂力学计算裂纹扩展寿命,并对预测者和试验值进行比较。结果损伤力学法能考虑接触面应力三维度的作用来反映多轴状态作用,能有效模拟微动疲劳多轴行为。基于损伤力学法的微动疲劳全寿命预测模型能有效预测微动疲劳全寿命。由于微动作用,裂纹成核非常早,扩展寿命从试件的近表面开始,占全寿命的主要部分。结论考虑成核寿命和扩展寿命的微动疲劳全寿命分析是完善的,预测值与试验值比较吻合。     

基于DFR的2024-T3铝合金当量加速关系试验研究

目的 提出以反映结构材料疲劳性能的DFR为表征参量,研究建立2024-T3铝合金结构在大气自然环境预腐蚀与实验室加速试验预腐蚀后的DFR关系,为腐蚀环境下飞机铝合金结构的疲劳寿命设计提供方法。方法 以2024-T3铝合金试验件为研究对象,分别开展典型海洋大气环境自然暴露腐蚀后的DFR试验以及实验室加速腐蚀试验后的DFR试验,以DFR相等为条件,建立上述2种不同预腐蚀条件之间的DFR当量加速关系。结果 2024-T3铝合金在自然暴露预腐蚀环境与实验室加速预腐蚀后的DFR值随腐蚀时间的增加均有不同程度的下降,万宁和青岛的DFR当量加速值分别为0.642 1、0.701 2 a/d。结论 基于DFR的当量加速关系综合反映了预腐蚀对结构材料疲劳性能退化的影响,而DFR是飞机结构疲劳设计的基本参量,文中建立的当量加速关系可用于指导腐蚀环境下铝合金的疲劳寿命设计分析。     

高强度铝合金典型沿海地区腐蚀行为加速试验方法研究

目的构建适用于高强度铝合金在某工业海洋性气候地区的加速腐蚀试验方法。方法选用飞机结构用典型高强度铝合金7B04-T6为试验材料,进行实验室加速腐蚀试验与某工业地区海洋大气环境曝晒试验,并对试验后的试样进行疲劳性能评价。通过平均腐蚀速率测试、腐蚀形态特征观察、疲劳断口特征分析,腐蚀加速倍率计算,对两种形式腐蚀铝合金的腐蚀机理和疲劳破坏行为等进行综合对比。结果经历实验室加速腐蚀试验与海洋大气环境曝晒试验后,7B04-T6铝合金的质量损失率基本相等,腐蚀形貌相近,疲劳断口特征一致,因而两种腐蚀模式一致,机理相同。结论所编制的实验室加速环境谱与试验方法,能够较好地用于某工业海洋性气候地区高强度铝合金材料和结构的环境损伤加速试验,实验室与外场海洋大气环境曝晒试验的加速比为97.64。     

预腐蚀LY12CZ铝合金的疲劳寿命预测模型

目的研究铝合金预腐蚀疲劳的寿命评估模型。方法利用损伤力学模型,建立预腐蚀构件疲劳寿命预测模型,并利用LY12CZ铝合金进行预腐蚀疲劳的验证性实验。结果利用损伤力学建立的模型所得到的预腐蚀铝合金试件的疲劳寿命与实验结果吻合程度良好。结论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。