基于微观结构的航空铝合金点蚀扩展行为研究

点蚀是航空铝合金材料在服役环境下常见的损伤形式,在疲劳载荷作用下容易形成裂纹,缩短结构的疲劳寿命。为了深入研究点蚀对航空铝合金结构腐蚀疲劳寿命的影响,基于铝合金电化学腐蚀机理和铝合金微观结构,以点蚀蚀坑尺寸为研究参量,对航空铝合金点蚀扩展行为进行建模研究,并将模型计算结果与LY12CZ铝合金点蚀试验结果进行对比分析。结果表明:所构建的铝合金点蚀扩展模型较为合理地反映了铝合金点蚀蚀坑尺寸参数的变化规律。     

铝合金腐蚀损伤规律及蚀坑当量化技术研究

通过开展2024-T62和7804-T74两种铝合金板材单腐蚀坑形成及扩展试验,获得了铝合金腐蚀损伤的一般规律及2024-T62铝合金腐蚀损伤特征量对时间的定量关系;同时研究了蚀坑初始裂纹当量化技术,基于断裂力学方法预测了含蚀坑损伤试样的疲劳寿命,与试验结果进行分析对比,显示预测和试验结果很好吻合,验证了蚀坑当量化技术...     

AF1410钢母材及电子束焊接接头预腐蚀疲劳对比研究

通过对20mm厚AF1410钢母材及电子柬焊接接头试样进行中性盐雾腐蚀后进行疲劳试验,得出AF1410钢母材及电子束焊接接头疲劳分散性较小,在高应力(800MPa)以上,母材及焊接接头的疲劳寿命相近,在低应力(676MPa)下,焊接接头的疲劳寿命能达到母材的70％.通过典型试样的断口可以看出母材与焊接接头断裂具有相似的形貌特征,主要以韧性断裂为主,疲劳扩展源区多发生在预腐蚀造成的蚀坑处,有多个疲劳裂纹扩展源,从扩展源向各个方向有明显的射线图案,可以很清楚地看见大量微坑覆盖断面.     

基于图像的腐蚀损伤及疲劳寿命研究

在实验室环境下,对航空LY12CZ铝合金试件进行了腐蚀试验,然后采用图像处理的方法,提取了孔蚀率、点蚀坑分形维数、点蚀坑半径3种腐蚀形貌特征值,通过灰色预测方法对腐蚀形貌特征值与腐蚀损伤之间的关系进行了研究,得到了基于形貌特征值的GM(1,3)腐蚀损伤预测模型。在此基础上,利用AFGROW软件建立了断裂力学模型,对不同腐蚀形貌特征条件下LY12CZ试件的疲劳寿命进行了计算与讨论。结果表明,试件的疲劳寿命与其表面腐蚀形貌密切相关,3种腐蚀形貌特征值均与试件的疲劳寿命负相关。此外,基于腐蚀形貌特征值计算得到的疲劳寿命值与利用实测点蚀坑深度计算得到的疲劳寿命值吻合较好,平均相对误差为8.84%。     

基于IDS的铝合金预腐蚀疲劳寿命研究

 模拟飞机服役环境,对航空LY12铝合金试验件做了腐蚀试验,然后通过疲劳试验得到LY12铝合金新试验件和预腐蚀试验件的疲劳寿命数据。分析了腐蚀对航空LY12铝合金的影响。通过观测断面腐蚀坑的尺寸,基于初始不连续状态（IDS）建立了把腐蚀坑看做表面裂纹的几种模型,并对几种裂纹模型的疲劳寿命计算结果和实际试验结果进行了对比分析。结果表明：直接把腐蚀坑看做表面裂纹是不合理的,考虑材料初始不连续状态所建立的表面裂纹模型计算结果和试验结果比较吻合;随着腐蚀坑的增大,裂纹模型2更为合理。所以,很难用一个合适的裂纹模型来描述腐蚀坑,只有把腐蚀坑分组才有可能得出更精确的描述。     

LC4CZ铝合金机场环境下点蚀萌生疲劳裂纹行为研究

为获取LC4CZ铝合金机场环境下点蚀损伤萌生疲劳裂纹行为规律,开展了LC4CZ试件模拟机场环境、点蚀周期分别为10y和15y的加速点蚀试验,在此基础上进行预点蚀试件常幅载荷条件下分阶段疲劳试验,采用扫描电镜对分阶段试件断口进行观测并进行统计分析。研究发现,点蚀损伤程度对试件疲劳寿命有较大影响,两种点蚀周期下的疲劳寿命降低系数分别为4.3和5.8。30个预点蚀试件断口观测到的147条疲劳裂纹全部由蚀坑萌生,大都位于蚀坑底部且萌生周期短暂。两种腐蚀周期下的疲劳裂纹萌生初期的平均尺寸分别为21μm和33μm,在尺寸上属于短裂纹。随着疲劳循环数增加,两种点蚀周期下观测到的裂纹数量分别由21条和27条减少为15条和24条,多个裂纹之间存在干涉、合并行为。     

腐蚀环境下的概率裂纹扩展分析

给出了裂纹扩展的概率方法，完成了3种加载频率的腐蚀疲劳裂纹扩展试验。用概率方法研究了加载频率对腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响，给出了在给定时间内的裂纹尺寸分布和在给定裂纹长度时的寿命分布。结果表明随着频率的增加，腐蚀的影响减小。预测结果与试验结果比较吻合，可以为飞机结构的损伤容限设计提供参考。     

铝合金腐蚀疲劳机理与腐蚀疲劳寿命分析方法综述

概括了影响高强度铝合金腐蚀疲劳的环境与力学因素，阐述了铝合金腐蚀疲劳裂纹形成与扩展的机理，介绍了结构腐蚀疲劳裂纹形成与扩展寿命的分析方法，为腐蚀环境下飞机铝合金结构的抗疲劳设计、耐久性与损伤容限评估提供参考。     

GH4169合金自然萌生小裂纹扩展行为的试验研究

为了研究镍基GH4169高温合金自然萌生小裂纹的扩展行为,采用单边缺口拉伸(SENT)试样进行了室温下应力比R=0.1,0.5的小裂纹扩展试验。在长裂纹近门槛值区域,观察到明显的小裂纹效应,疲劳小裂纹扩展寿命占全寿命的大部分。利用扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)对试样断口表面进行微观分析,结果表明,疲劳小裂纹起始于合金中的夹杂(Ti(C,N)或Nb(C,N)),并且倾向于以半圆形向试样内部扩展。试样的断裂模式存在由晶体学小平面断裂向疲劳条带断裂的转变,该断裂模式转变处对应小裂纹扩展速率曲线上裂纹加速扩展前的急速降低点。     

腐蚀疲劳裂纹扩展的马尔可夫链模型

在腐蚀环境下对LY12CZ铝合金试验件进行疲劳裂纹扩展试验,通过高倍显微镜观测并记录裂纹长度及相应的循环数。基于疲劳裂纹扩展数据的分散性及统计特性,提出用马尔可夫链模型模拟腐蚀疲劳裂纹的扩展,得到给定疲劳寿命时的裂纹超出数概率分布和给定裂纹长度时的疲劳寿命累积概率分布。将模拟结果与试验结果进行比较表明:马尔可夫链模型能够很好地模拟腐蚀疲劳裂纹扩展情况,为飞机结构的寿命预测和可靠性分析提供参考。     

腐蚀环境下疲劳裂纹扩展试验

腐蚀严重危害飞机结构的安全。为了研究腐蚀对裂纹扩展的影响，完成了3种加载频率下的腐蚀疲劳裂纹扩展试验，并与实验室空气环境下的试验结果进行了比较。研究了加载频率对腐蚀疲劳裂纹扩展率的影响。结果表明，腐蚀减少了结构的裂纹扩展寿命，但频率对结构的裂纹扩展速率没有明显的影响。     

7075铝合金在不同温度盐水环境中的腐蚀疲劳行为

基于飞机结构材料7075铝合金在沿海地区服役时海水飞溅及曝晒导致的高温腐蚀疲劳损伤问题,研究了7075铝合金在35,55,75℃下3.5%NaCl溶液环境中的腐蚀疲劳寿命,并使用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌,探讨了温度对腐蚀疲劳裂纹萌生扩展的影响机理。结果表明:同一应力水平下,温度越高,腐蚀疲劳寿命越短,300MPa时35,55,75℃下的中值寿命分别为33 001,30 931,15 346次循环。腐蚀损伤和疲劳损伤存在竞争关系,应力水平较高时,腐蚀较轻,试样寿命主要受应力水平影响,疲劳源多从铝合金基体与包铝层结合处萌生;应力水平较低时,腐蚀较严重,疲劳寿命随温度升高明显下降,疲劳源多从腐蚀坑处萌生。断口形貌显示高温环境主要通过加速腐蚀坑的形成来影响疲劳源的萌生,深坑状腐蚀坑应力集中严重,对疲劳性能伤害大。     

腐蚀疲劳裂纹扩展与寿命估算

将有效的疲劳裂纹扩展速率表达式应用于腐蚀疲劳,对腐蚀疲劳裂纹扩展寿命估算进行了初步探讨。结果表明:腐蚀疲劳裂纹扩展速率(da/dN)_(CF)与(△K-△K_(thCF))在双对数坐标上呈线性关系。首次提出临界加载频率概念,频率高于临界加载频率,频率对裂纹扩展没有影响;频率低于临界加载频率,提出了表示频率对裂纹扩展速率影响的频率效应函数。经客观的验证,用文中提出的公式估算的腐蚀疲劳裂纹扩展寿命和实验寿命吻合良好。     

基于小裂纹理论的GH4169高温合金的疲劳全寿命预测

将基于小裂纹理论的疲劳全寿命预测方法应用于恒幅载荷作用下的高温合金GH4169材料的全寿命预测。采用单边缺口试样研究了该合金在室温下应力比为0.1和0.5的自然萌生的小裂纹的起始和扩展行为,结果表明疲劳小裂纹均起始于试样表面夹杂,并且小裂纹扩展寿命占疲劳全寿命的大部分比例。在裂纹扩展速率da/d N低于10-5mm/cycle的区域,表现出明显的小裂纹效应。基于小裂纹和长裂纹的扩展数据,利用Newman裂纹闭合模型,获得了裂纹扩展的da/d N-ΔKeff基线数据。对高周疲劳试样的断口形貌进行观察,得到以材料夹杂尺寸作为初始裂纹尺寸的值ai。根据初始裂纹尺寸和裂纹扩展的基线数据,利用FASTRAN软件,对GH4169合金的疲劳全寿命进行预测,并用高周疲劳试验S-N数据对预测结果进行评价,预测与试验结果能够很好地吻合。     

基于小裂纹理论的航空材料疲劳全寿命预测

综述了基于小裂纹理论的疲劳全寿命预测方法。该方法把断裂力学的ΔK分析与裂纹闭合概念结合起来,应用于自然萌生的小裂纹和长裂纹的扩展,并全部基于对起源于材料初始缺陷的裂纹扩展分析预测疲劳全寿命。这一方法已被作者成功地应用于多种航空材料,包括:4种高强度铝合金、2种高强钢和2种钛合金,载荷类型涉及恒幅、Mini-Twist和直升机旋翼谱等。结果表明,预测的疲劳全寿命与实验结果吻合良好,从而为把基于断裂力学裂纹扩展的损伤容限方法向传统的疲劳领域(S-N曲线,安全寿命)延伸开辟了可行的途径。     

含腐蚀预损伤铝合金2024-T62的疲劳断裂行为及基于断裂力学的寿命预测

针对2024-T62铝合金薄板系统地开展了腐蚀预损伤对材料疲劳S-N曲线、小裂纹萌生行为、长短疲劳裂纹扩展及物理小裂纹门槛值扩展行为的影响等试验研究.结果表明:腐蚀预损伤对材料疲劳S-N曲线及材料疲劳小裂纹萌生行为有明显的影响,但时材料长短裂纹扩展及物理小裂纹门槛值扩展行为没有明显的影响.通过假定腐蚀预损伤为初始小裂纹...     

基于材料微结构的高周疲劳性能定量表征及关键技术问题

长寿命、高可靠性已成为飞机结构设计的主要目标之一,疲劳失效对材料结构的完整性构成严重威胁.介绍了航空铝合金微结构对高周疲劳失效机制的作用及定量表征的研究现状,重点对材料微结构对多裂纹萌生的作用机制与定量表征、小裂纹转变为长裂纹的临界尺寸的数学描述和高周疲劳裂纹多尺度扩展行为定量表征等方面的研究状况进行了分析,指出了制约微结构对高周疲劳作用的定量表征的关键技术问题.     

三维广布裂纹疲劳扩展分析

 飞机结构表面由于腐蚀、疲劳等原因存在三维广布裂纹,相邻裂纹在疲劳载荷作用下相互影响、相互促进,从而加速了结构破坏。为了探讨并求解三维广布裂纹结构的疲劳寿命,选取表面有两个半椭圆形表面裂纹的有限厚矩形板为计算模型,采用参数化有限元方法,求解裂纹前沿的应力强度因子、裂纹扩展方向和裂纹扩展增量,建立并应用应力强度因子变化历程,采用循环接循环损伤累积方法,对结构在疲劳载荷作用下的寿命进行了预测。预测结果为复杂环境中三维广布裂纹飞机结构的寿命评估提供了参考。     

复杂环境下的三维疲劳断裂

 以三维弹塑性断裂理论为基础,对复杂载荷、复杂环境作用下的金属材料和结构的疲劳、断裂的若干关键问题进行了概要分析。给出了由材料性能试验的标准试样结果预测结构中一般形态缺陷的三维破坏的最新结果,获得了对不同载荷条件下腐蚀疲劳裂纹扩展的统一描述,介绍了由裂纹扩展基准曲线预测谱载腐蚀疲劳裂纹扩展寿命的最新进展,对结构服役寿命/日历寿命研究方法作了探讨。     

腐蚀条件下LD2航空铝合金裂纹扩展规律研究

 腐蚀损伤会加速飞机结构的疲劳裂纹扩展,缩短飞机疲劳寿命。以LD2航空铝合金材料为研究对象,通过在实验室内模拟飞机服役环境进行加速腐蚀试验,得到不同腐蚀时间下的试验件,并在MTS-810疲劳机上对不同腐蚀时间下的试验件进行疲劳试验,得到不同腐蚀年限下的疲劳断口形貌。通过断口判读分析,得到不同腐蚀年限下的裂纹扩展数据(a,N)。从不同腐蚀时间下的裂纹扩展数据研究分析,得到裂纹长度与循环次数符合指数函数的形式,即裂纹扩展速率与裂纹长度成正比,其斜率依赖于腐蚀损伤与疲劳载荷两个因素,而且在同一应力水平下,其斜率与腐蚀时间呈线性关系,并且其截距与应力水平也呈线性关系。