金属基体复合材料圆锥壳的材料参数识别及动力学敏感性研究

目的 研究以金属作为基体的碳酚醛复合材料圆锥壳的动力学特性,基于模态实验建立复合材料参数优化识别方法。方法 通过建立金属基体复合材料圆锥壳结构的动力学模型,表征各层材料参数对结构动力学特性的影响。开展典型铝合金-环氧胶-碳酚醛圆锥壳自由模态实验,在模态实验结果基础上,采用数值仿真开展复合材料参数识别,并采用响应面优化法研究获得材料参数的全局最优解。最后,开展结构模态对复合材料参数的敏感性分析。结果 基于拉丁超立方抽样和多项式代理模型,建立了多层复合圆锥壳的高效代理模型。对于[0, 90]S铺层的复合材料圆锥壳结构,前5组模态频率参数对E11最敏感,对v23最不敏感,剪切模量的影响介于拉伸模量及泊松比之间。结论 建立了针对各向同性-正交各向异性材料组合的多层复合圆锥壳结构的动力学模型及参数识别方法,可为结构动力学设计提供参考。     

时效对高导耐热铝合金导线第二相析出及其性能的影响

目的 开展时效过程中61.5%IACS高导耐热铝合金导线析出第二相特性及其电导率与拉伸力学性能变化规律的研究,评价其热稳定性。方法 经过150~230 ℃长达630 h时效,揭示第二相的组成、形态与分布及其对时效态铝合金导线电导率与拉伸力学性能的影响规律。结果 时效态铝合金导线中,颗粒状及针状A13Zr(Y, Er)、A13(Zr(Y)xErl?x)第二相在Al晶内、晶界析出,A13Fe相颗粒弥散分布于Al晶界。伴随着时效过程,铝合金导线的抗拉强度与伸长率先上升、再逐渐下降;同时,铝合金导线的电导率先增大、后逐渐趋于稳定。该趋势随时效温度的升高而越加明显。结论 第二相的析出、长大是影响时效态铝合金导线力学性能及电导率的主要原因。经230 ℃、1 h时效,铝合金导线的强度保持率高达94%,满足GB/T 30551—2014的要求。所有时效态铝合金导线的电导率均高于其初始值,该高导耐热铝合金导线的热稳定性良好。     

新型航空清洗剂对航空铝合金防盐雾性能影响的分析

目的 评价新型航空清洗剂对航空铝合金防盐雾性能的影响。方法 对航空铝合金7075在施加清洗剂清洗后开展中性盐雾试验,通过扫描电子显微镜、能谱分析仪、高分辨率拉曼光谱等研究手段,对铝合金的表面形貌、组织成分及关键化学组分的变化情况进行对比分析,综合评价该清洗剂对铝合金的性能影响。结果 经过新型航空清洗剂清洗和6 h中性盐雾试验后,清洗剂仍在铝合金表面残留有保护膜,且清洗后的铝合金表面经盐雾实验后依然光亮,有明显的二次相颗粒,无絮状物和氯化钠结晶体,其表面褐色腐蚀斑点也更小。结论 经清洗后,铝合金的盐雾腐蚀程度明显更轻,说明清洗剂中的缓蚀剂成分起到了保护作用,该清洗剂具有防盐沉降的作用,可提升航空铝合金的防盐雾腐蚀性能。     

自然环境因素对铝合金大气腐蚀的影响性研究

目的 研究铝合金大气腐蚀受自然环境因素的影响性，探索环境因素对铝合金腐蚀的影响规律。方法 采用多层感知器神经网络分析环境因素对7种铝合金平均腐蚀速率的影响。结果 确定了影响铝合金腐蚀损伤的重要因素为SO2沉积率、Cl^–沉积率、NOx沉积率；辅要因素为年降雨量、年雾露时数、相对湿度、年日照时数、温度、铝合金成分；次要因素为年累积降水时数、雨水pH值。结论 基于多层感知器神经网络分析有效展现了环境因素对平均腐蚀速率的影响性。     

基于多层线性模型的铝合金大气腐蚀规律研究

目的 针对不同地区铝合金大气腐蚀差异性和样本数据利用不充分的问题,构建精度更高的铝合金大气腐蚀模型,研究铝合金在不同环境中的大气腐蚀规律。方法 基于多层线性模型,构建具备层次结构的腐蚀率模型。以某型号铝合金腐蚀数据为研究对象,逐步建立零模型、随机系数回归模型、完整模型探究大气腐蚀规律,并进行预测评估。结果 通过交叉验证进行模型评估,多层线性模型(MSE=0.001 3)优于幂函数回归(MSE=0.005 5),远优于线性回归(MSE=0.031 6),模型预测精度提升。多层线性模型能有效分解总方差,增强了模型的可解释性。结论 多层线性模型有效结合铝合金腐蚀数据区域差异性特征,能表征大气腐蚀规律,具有一定的实用价值。     

残余应力对焊接角接头裂纹扩展性能的影响分析

目的 分析焊接残余应力对角接接头裂纹扩展特性的影响。方法 基于热弹塑性力学法,建立角接头的有限元模型,计算焊接温度场,并采用热机耦合方法计算焊接残余应力。采用断裂力学方法,分析计算焊趾部位的应力强度因子和裂纹扩展寿命,并对比分析残余应力对裂纹扩展的影响。结果 计算得到焊缝的残余应力达到了材料屈服极限,呈拉伸应力状态,其Von Mises应力值为345 MPa。在应力为200 MPa以内,考虑残余应力的前提下,分别使用文献试验得到的数据和IIW标准中的数据作为裂纹扩展参数,应力比R=–1时的裂纹扩展寿命分别为2.61×10⁶和6.84×10⁵次循环;在应力比R=0时的裂纹扩展寿命分别为1.16×10⁵和2.90×10⁴次循环。结论 残余应力会加速裂纹扩展。采用控制变量法,将应力范围设定为常值,当应力比R<0时,残余应力扩大了应力强度因子的范围;在应力比R>0时,残余应力一方面会增大最大应力强度因子,使其接近材料的断裂韧度,同时拉伸残余也提高了平均应力强度因子或者提高了应力比R,在这种情况下,残余应力均会加速裂纹的扩展速度。随着裂纹长度的增加,残余应力对裂纹扩展速率的影响会增大。外载荷和残余应力共同对裂纹扩展产生影响,应力比R和残余应力对裂纹扩展的影响机制相同,在焊接结构寿命评估时,需要综合考虑这2个影响因素。     

基于双参数威布尔分布的高强度铝合金材料腐蚀损伤分布动力学规律研究

目的研究高强度铝合金材料腐蚀损伤分布的动力学规律。方法通过统计高强度铝合金材料的蚀坑深度和直径,采用双参数威布尔分布进行拟合,提出以双参数威布尔分布中的两个参数α、β作为高强度铝合金材料腐蚀损伤分布的表征量,建立α、β随腐蚀时间增长的多种数学模型。结果α随腐蚀时间的增长而减小,β随腐蚀时间的增长而增大,并且分布参数均能很好地符合一阶指数函数模型。结论与实际蚀坑分布增长物理现象比较,α、β的变化趋势能够揭示出蚀坑分布随时间增长的变化过程,并且腐蚀损伤分布动力学规律能很好地符合一阶指数函数模型。     

基于多通道原位红外光谱技术的环氧涂层恒温固化反应研究

目的 拓展多通道原位红外光谱技术的应用,探究环氧树脂在固化行为中的分子结构变化以及不同固化深度下的动力学参数与恒温固化模型。方法 采用多通道原位红外光谱的表征方法,对N,N,O-三缩水甘油基对氨基苯酚(环氧树脂AFG-90)与甲基纳迪克酸酐(MNA)的环氧涂层的固化过程进行30、40、50、60、70 ℃等5个温度下的原位红外光谱监测,基于特征官能团吸光度的变化,研究恒温固化模型。结果 通过特征官能团吸光度与温度、时间的关系,计算得出AFG-90与MNA的环氧树脂固化体系在不同温度下的固化模型、达到不同固化度下的固化时间,求解得在不同固化深度下的活化能Ea主要在58~74 kJ/mol变化,且其均值为69.43 kJ/mol。结论 获得了AFG-90与MNA的环氧树脂固化体系在固化过程中动力学参数和模型,同时试验结果表明,多通道原位红外光谱技术是研究高分子材料固化反应动力学的有效表征方法。     

贫铀合金球对Q235钢靶侵彻性能研究

目的 研究贫铀合金球对Q235钢靶的侵彻行为,为贫铀合金材料侵彻行为的深入研究以及在战斗部中广泛应用提供支撑。方法 采用Johnson-Cook强度模型和失效模型建立贫铀合金球撞击Q235钢靶的模型,利用Abaqus/explicit模块模拟研究贫铀合金球初速与尺寸对剩余速度、扩孔面积、侵彻深度的影响,并对结果进行分析。结果 通过试验与模拟得到了贫铀合金球的穿靶极限速度,两者结果基本吻合,验证了模型参数的准确性。相同尺寸下,贫铀合金球的剩余速度随初速的增大呈线性增大趋势,穿靶后速度衰减率为14.6%~33.2%。初速为900~1 300 m/s、直径为5~9 mm时,扩孔面积比为1.08~1.286。贫铀合金球的侵彻深度(H)随直径(d)和初速(v)的增大逐渐增大,三者的关系为 。结论 贫铀合金球初速和尺寸是影响侵彻深度的关键因素,但对扩孔直径没有显著影响。     

航空电连接器腐蚀退化仿真研究

目的 探索当航空电连接器腐蚀退化时，其接触阻抗的变化规律，研究航空电连接器腐蚀退化对信号传输的影响规律。方法 首先对航空电连接器腐蚀退化的机理进行研究，建立其等效电路模型，然后分别对低频电连接器和射频电连接器进行仿真研究，提取阻抗参数，分析腐蚀退化对信号传输的影响规律。结果 接触电阻随着腐蚀程度的加深明显增大，接触电感随着腐蚀程度的加深变化不大，接触电容随着接触面腐蚀面积的增大而增大，随接触面间腐蚀厚度的增加而减小。接触电阻随频率的增加而增大，接触电感和接触电容随频率的增大基本保持不变。接触阻抗在低频时呈现感性特征，高频时呈现容性特征，阻抗幅值随频率的增加先增大、后减小，峰值出现在感性和容性转换频率处，腐蚀退化将使该转换频率减小。结论 对于低频信号，腐蚀退化将导致信号的衰减和延迟；对于高频信号，在转换频率处，信号的回波损耗、插入损耗和电压驻波比出现极值。     

纳米涂层/铝合金在不同pH值的海水溶液中的腐蚀行为研究

目的评价纳米涂层/铝合金在不同pH值海水溶液中的腐蚀行为。方法通过测试纳米涂层/铝合金试样在不同pH值海水溶液中的EIS值,分析试样阻抗谱图及Bode谱图的演化规律,建立不同EIS图谱的不同电极阻抗模型,并采用ZView软件解析涂层体系不同时期的电化学阻抗谱,获得涂层电阻的变化趋势,及不同pH值海水浸泡的纳米涂层体系腐蚀失效速度。结果随着浸泡时间的增加及pH值的降低,纳米涂层/铝合金体系腐蚀损伤失效速率在浸泡前期整体趋势增大,但中后期由于腐蚀产物逐渐堵塞了涂层的微孔,腐蚀介质向铝合金表面渗透的速率逐渐减小。结论 pH为2.0海水浸泡下的3涂层失效最快,其次是pH为4.0海水浸泡下的2涂层,最后为p H为6.0海水浸泡下的1涂层,该涂层体系应采用等效电路模型C进行拟合。     

机载电子系统铝合金冷板-冷却液腐蚀性研究

目的可靠表征机载电子设备液冷系统中铝合金冷板在其使用环境下(冷却液介质中)腐蚀程度与时间的关系,为确定其使用寿命及对其进行腐蚀防护与控制提供技术支持。方法根据飞机液冷系统冷板的服役环境特点,开展铝合金冷板冷却液恒温浸泡试验和冷却液恒温冲刷试验,观察试验件宏观和微观状况,采用最大蚀坑深度值的变化进行腐蚀程度的量化表征。结果恒温浸泡试验120天,试验件宏观和微观腐蚀形貌,以及蚀坑深度均无明显变化;冲刷试验320 h,试验件宏观腐蚀形貌无变化,微观腐蚀形貌轻微加重,蚀坑深度平稳增加。结论浸泡和冲刷试验结果对比得出,高速冲刷的冷却液因杂质累积、成分挥发等导致性能变化,加速铝合金冷板的腐蚀。     

LC3铝合金材料腐蚀等级评定

铝合金在航空工业中广泛应用。在飞机服役过程中,铝合金构件会受到环境的腐蚀损伤,从而对其力学性能造成极大的退化。由于预算减少,很多飞机都会超期服役。在铝合金构件延寿过程中,腐蚀损伤的影响是最大的。因此需要对铝合金腐蚀损伤进行评级,从而制定相应的防护措施。     

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。     

2A12铝合金在EXCO溶液中腐蚀损伤形貌演化分析

目的探索2A12铝合金在EXCO溶液中腐蚀损伤形貌的演化规律。方法开展实验室内2A12铝合金的加速腐蚀实验。为实现表面粗糙度与腐蚀损伤相关性的定量研究,首先采用3D扫描成像仪对实验样品进行扫描,取得样品微观几何特征,实现表面粗糙度值的数字化定量表征。观察样品在EXCO溶液中腐蚀损伤的发生发展过程、腐蚀形貌的演化过程,测量腐蚀样品蚀坑深度,并分析表面粗糙度对样品腐蚀损伤的影响。结果当腐蚀时间不超过6 h时,2A12铝合金样品在EXCO溶液中的腐蚀类型主要为点蚀,随着时间的延长,将向全面腐蚀发展。粗糙度值高的试件表面有打磨时形成的较深表面纹理,这些纹理制约了点蚀坑的扩展,使蚀坑沿纹理的方向发展,有演化为微裂纹的可能性,蚀坑边界的不规则处也会萌生微裂纹。粗糙度值较小的样品,腐蚀损伤也较小,但粗糙度对腐蚀损伤的影响随时间的延长而减弱。结论常温下,2A12铝合金在EXCO溶液中首先发生点蚀,由于蚀坑向四周扩展的速度快于深度方向,使腐蚀类型从点蚀向全面腐蚀演变。表面粗糙度对2A12铝合金样品腐蚀损伤形貌的演化有重要影响,表面微观几何特征通过制约蚀坑扩展方向的方式来改变样品的腐蚀行为,并造成腐蚀损伤的明显差异。随着腐蚀时间的延长,材料逐渐失去其原有表面微观几何特征,表面粗糙度对腐蚀行为的影响下降。     

环境因素对硅烷环氧杂化树脂涂层/LY12铝合金间附着力时效性的影响分析

目的研究不同环境因素对硅烷环氧杂化树脂涂层/LY12铝合金间附着力时效性的影响规律。方法制备涂层厚度为30μm的样板,采用拉拔测试仪测试不同环境因素(温度、湿度及酸碱溶液)、不同时间段下涂层/基体间的附着力值,研究环境因素对该涂层/基体间附着力时效性的影响。结果低温或高温环境下,涂层暴露时间越长,其附着力下降程度越大;在湿热环境下,随着试验周期的增加,涂层的附着力明显削弱;酸碱溶液对于涂层体系破坏较为严重。结论环境因素对于硅烷环氧杂化树脂涂层/LY12铝合金间附着力的影响时效性,较为严重的是高低温、酸盐溶液。     

2219铝合金TIG焊缝激光冲击强化与腐蚀性能研究

目的 改善2219铝合金钨极氩弧焊焊缝的耐腐蚀性能。方法 采用激光冲击技术对焊缝进行强化处理,比较分析处理前后的表面残余应力、物相组成和元素状态,通过静态浸泡失重法和电化学试验测量腐蚀速率的变化。结果 经过激光冲击强化处理后,2219铝合金焊缝部位的元素状态没有改变,但焊缝区域的残余拉应力变为残余压应力。2219铝合金钨极氩弧焊接区域的自腐蚀电位明显下降,相比未经激光冲击处理的试件,焊核区和焊接过渡区的平均腐蚀电流分别减小了14%和12.7%,腐蚀速率分别减小了16.9%和12.9%。结论 激光冲击强化可以有效提升2219铝合金钨极氩弧焊焊缝区域的耐腐蚀性能,可以为提升特种装备安全性和轻量化提供技术参考。     

实验室加速腐蚀环境下7050-T7451厚板疲劳性能研究

目的研究两种应力集中系数7050厚板铝合金材料在腐蚀环境下的腐蚀疲劳性能。方法开展7050厚板铝合金材料在3.5%NaCl盐水和油箱积水两种环境下的腐蚀疲劳实验,采用三参数式进行S-N曲线拟合分析不同应力集中系数、不同腐蚀环境对7050厚板铝合金材料疲劳性能的影响。结果腐蚀环境和应力集中系数都会对7050厚板铝合金材料的疲劳性能有影响,3.5%NaCl盐水和油箱积水两种腐蚀环境相较于应力集中系数对于降低材料疲劳性能的影响更大。结论减少7050厚板铝合金应力集中系数,加强7050厚板铝合金材料腐蚀防护对于提高材料抗疲劳性能有显著作用。     

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。     

7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应

目的 研究不同厚度的7050-T7451铝合金板材疲劳性能表现出的厚度效应。方法 试验件从3种厚度规格(75、150、203mm)板材的不同厚度位置取样,采用成组试验法进行3级应力–疲劳试验。分析试验数据,发现并总结材料疲劳性能随板材厚度及取样厚度位置变化的演化规律。结果 所有厚度规格板材的表面层材料的疲劳性能均为最优,且不同厚度规格板材表面层材料的疲劳性能差异较小。当板材的厚度较薄(75 mm)时,随着取样厚度位置变化,材料的疲劳性能差异较小;当板材的厚度较厚(150、203 mm)时,从表面层到中心层的材料疲劳性能呈非线性变化趋势,先变弱、后增强,疲劳寿命105循环对应的最大应力降低幅度最大为21%左右。随着板材厚度的增加,疲劳性能最差的厚度层材料,疲劳寿命105循环对应的最大应力降低了20%左右。结论 随着板材的厚度增加,7050-T7451铝合金板材疲劳性能的厚度效应变得越来越强,即疲劳性能在厚度方向的不均匀性越来越明显。工程师应在工程设计中考虑7050-T7451铝合金疲劳性能厚度效应对结构疲劳强度的影响。