铝合金腐蚀损伤演化数学模型

 对LY12 CZ铝合金试验件进行了腐蚀实验，着重考虑了腐蚀时间和腐蚀温度这两个参数。从电化学微观角度考察了腐蚀损伤的发展，利用蒙特卡罗方法对腐蚀损伤演化的概率模型进行模拟计算，并讨论了不同预腐蚀温度和时间对腐蚀损伤的影响，建立了腐蚀损伤度演化全过程的数学模型。此损伤演化数学模型的模拟结果与实验结果符合较好，可以用此模型来预测不同腐蚀环境下的腐蚀损伤情况。     

金属表面腐蚀损伤演化过程的元胞自动机模拟

 用一个简单的元胞自动机从介观的角度对腐蚀环境中金属表面的腐蚀损伤演化过程进行研究。假定腐蚀体系为扩散过程控制的金属腐蚀体系,定义了简单的局部规则反映腐蚀现象中的基本化学物理过程,例如质量转移、金属溶解和钝化过程等。对于单个蚀坑,得到了蚀坑等效半径随模拟时间的变化曲线;对于多个蚀坑,认为蚀坑的成核时间服从威布尔分布,通过对该分布函数进行随机抽样,使得在不同时刻金属表面会随机产生大量的蚀坑,对金属表面的腐蚀损伤情况进行模拟,得到了表面腐蚀损伤度随模拟时间的变化规律。结果表明元胞自动机法可以用于腐蚀损伤演化过程的模拟,这对于更好地进行腐蚀损伤的量化及结构完整性的评估有着重要的实际意义。     

LY12-CZ铝合金预腐蚀及疲劳损伤研究

对实验室环境下LY12-CZ铝合金进行了预腐蚀及疲劳寿命与剩余强度的预测研究。在不同的温度及不同的腐蚀天数条件下,对试验件进行预腐蚀,按ASTMG34-1标准人工产生腐蚀坑,获得了腐蚀损伤数据,随后进行疲劳试验,初步建立了腐蚀损伤与疲劳寿命降低之间的关系。在试验研究基础上,用AFGROW软件模拟腐蚀损伤及腐蚀坑深度的不同对试件疲劳寿命和剩余强度产生的影响,建立了预测含腐蚀损伤试件的疲劳寿命与剩余强度的有效的工程方法。     

温度对2A12铝合金在模拟油箱积水环境中初期腐蚀行为的影响

 基于飞机油箱舱内的铝合金在油箱积水环境中发生的腐蚀损伤问题,通过研究腐蚀形貌、最大点蚀坑深度、最大点蚀坑开口面积、表面腐蚀损伤度、交流阻抗响应等变化,分析了温度对2A12铝合金在模拟油箱积水环境中初期腐蚀行为的影响。研究发现,最大点蚀坑深度、开口面积、表面腐蚀损伤度都随着温度的升高而增加,特别当温度升高到65℃和75℃时,腐蚀严重加剧,各项评价指标显著增大。在25、35、45、55℃模拟油箱积水环境中,最大点蚀坑深度及开口面积随时间的关系呈现幂函数变化规律,而在65℃、75℃时,其遵循最小二乘法多项式拟合。电化学交流阻抗谱测试结果表明,2A12铝合金在3个特征温度(常温25℃、中温55℃及高温75℃)下的腐蚀速度快慢为V_75℃ > V_55℃ > V_25℃。     

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。     

腐蚀损伤对LY12CZ铝合金疲劳寿命的影响研究

对LY12CZ铝合金在EXCO溶液中进行了不同时间的加速腐蚀。在扫描电镜下检测了不同腐蚀时间后LY12CZ铝合金材料上形成的腐蚀损伤。腐蚀损伤的严重程度用腐蚀面积率和腐蚀坑深度描述。通过对比性试验获得了腐蚀损伤对LY12CZ铝合金疲劳寿命的影响。     

军用飞机结构日历寿命相关问题的思考

本文系统分析了军用飞机日历寿命早于飞行小时寿命先到的原因,指出了现役飞机结构延长日历寿命过程中应该加强结构综合损伤变量选取、服役结构疲劳品质变化规律、材料-环境-时间与损伤度数据库、老龄飞机腐蚀损伤演化规律、防腐体系有效性的加速腐蚀试验及失效分析方法、飞机结构腐蚀损伤检测技术、腐蚀对结构完整性的影响、对老龄飞机维护和检查时应考虑退化因素等关键问题的研究,并提出了相应的解决思路。     

硬铝合金2A12的蠕变损伤行为及分析

在210℃、不同载荷下对硬铝合金2A12板状试样进行了单轴拉伸蠕变实验,得到了硬铝的蠕变损伤参数以及断裂时的部位和损伤度.在此基础上建立了硬铝合金2A12板蠕变试样的有限元模型,基于简化的K-R损伤模型,分析了在210℃、恒载荷条件下的试样应变、损伤等随时间的变化规律以及试样蠕变损伤与位置的关系.结果表明,数值模拟与试验结果基本一致,试样中心蠕变曲线都具有稳态阶段和损伤扩展阶段,与单轴试验的应变曲线十分相似.整个试样在离中心大约9～10mm处损伤比较严重,呈现明显局部化特征.     

LY12CZ铝合金的腐蚀损伤特性研究

通过开展LY12CZ铝合金在EXCO溶液中的预腐蚀试验研究，详细观察了试验现象，利用金相试样分析的手段获得了试件的腐蚀深度数据，并对腐蚀深度数据进行了统计分析．给出了分布特征参数。采用单侧容限系数法．确定了不同置信度和可靠度下的腐蚀深度，建立了其腐蚀深度随时间的变化关系。参照HB5455—90的腐蚀等级标准，对腐蚀损伤进行了量化分级。     

预腐蚀对AF1410钢疲劳寿命影响规律的研究

采用中性盐雾对AF1410超高强度钢进行不同时间的预腐蚀,并对预腐蚀后的试样进行不同载荷下疲劳试验,对预腐蚀疲劳寿命进行研究。得到了该材料的预腐蚀疲劳寿命S-N曲线,提出了预腐蚀对AF1410钢疲劳寿命影响系数C曲线,并对其进行曲线拟合;对预腐蚀不同时间T、不同疲劳加载S下的预腐蚀疲劳寿命数据进行全面分析,得到了预腐蚀时间和疲劳加载对材料寿命的影响系数C-T-S曲面,最终建立预腐蚀损伤对疲劳寿命影响的拟合公式,研究了预腐蚀对AF1410钢疲劳寿命影响的动力学规律。     

300M超高强度钢在模拟积水环境中的腐蚀行为

 针对飞机结构部件在服役过程中存在的缝隙积水导致结构材料腐蚀的问题,通过研究腐蚀产物、形貌、失重、腐蚀速率、腐蚀损伤度以及积水溶液与暴露金属的面容比、pH值等的变化,探讨了300M超高强度钢在模拟积水环境中的腐蚀行为。结果表明,300M钢在模拟积水中的腐蚀是从点蚀开始,然后点蚀坑扩展合并,逐渐发展为全面腐蚀,其腐蚀失重和腐蚀损伤度随腐蚀时间的增加而增大,腐蚀损伤度则呈现出幂函数变化趋势;随腐蚀时间的延长,模拟积水环境中的pH值从初期的4.2升到5.2再下降到4.8～5.0,平均腐蚀速率也从0.289 g/(m²·h)线性减小到0.120 g/(m²·h);电化学交流阻抗结果表明随腐蚀时间的延长,容抗弧半径逐渐增大,说明腐蚀产物对基体起到一定的保护作用,这与腐蚀速率变化规律一致;另外,不同的面容比(腐蚀介质体积与300M钢暴露面积之比)对腐蚀过程的影响是:随面容比的增加,腐蚀失重与腐蚀速率均增大。     

预腐蚀疲劳退化加速因子研究

考虑预腐蚀对材料疲劳性能的影响,以疲劳强度作为腐蚀量,给出了考虑预腐蚀疲劳退化的加速腐蚀因子的定义和表达式,并结合疲劳分析方法,以细节疲劳额定值(DFR)作为疲劳强度的衡量,给出了预腐蚀条件下的DFR确定方法,通过加速环境和实际服役环境下DFR随预腐蚀时间退化规律的对比分析,建立基于DFR的加速腐蚀因子,并进行参数估计,最后,给出了LY12CZ铝合金试件在典型环境下的加速腐蚀因子取值.      

表面涂层破损对7 B04铝合金点蚀的影响及仿真研究

模拟7B04铝合金表面涂层破损,采用电化学试验研究7B04铝合金在不同环境条件下的自腐蚀与点蚀行为,基于电偶腐蚀数学模型,通过有限元法分析7B04铝合金与TA15钛合金接触后发生点蚀的条件。结果表明：7B04铝合金点蚀电位受Cl-浓度和pH值的影响,在NaCl质量分数>10%的中性溶液及NaCl质量分数为3.5%的酸性溶液中,自腐蚀状态下7B04铝合金即可发生点蚀;7B04铝合金与TA15钛合金接触后,电位升高,增加了发生点蚀的可能性,在NaCl质量分数为3.5%的中性溶液中,当阴阳极面积比≥40时,7B04铝合金发生点蚀的萌生并进一步扩展;7B04铝合金电位随阴阳极距离的增大而下降,但幅度有限,在10 m的距离内下降不超过2 mV。     

求飞机结构真实腐蚀容限的原理和方法

本文通过静强度、疲劳强度和腐蚀3个学科的综合研究,分别给出飞机结构（下称机件）在静载荷作用下的应力与腐蚀损伤D的分布曲线和机件在疲劳载荷作用下的寿命与腐蚀损伤D的分布曲线。根据这两条曲线和机件使用的容限应力值及总疲劳寿命值,便可分别求出机件在静载荷作用下的腐蚀损伤容限值和机件在疲劳载荷作用下的腐蚀损伤容限值以及同一机件同时受静载荷和疲劳载荷作用的腐蚀损伤容限值。此外,本文提出了用一个腐蚀损伤容限值保证同一机件的总疲劳寿命和总日历寿命皆安全的方法,以及总疲劳寿命和总日历寿命的匹配设计和匹配使用等问题。研究结论适用于大气、海洋、土壤等环境的腐蚀机件,解决了国际机械和腐蚀领域一直未解决的一些难题。     

三种不同面容比模拟积水溶液环境中300M钢的腐蚀行为

基于飞机结构材料300M钢在海洋高湿环境中缝隙部位积水导致的腐蚀损伤问题,研究了300M钢在3种不同面容比模拟积水溶液环境中的腐蚀行为,借助Tafel极化曲线和电化学交流阻抗谱实验探讨了影响腐蚀速率的主要原因。在模拟积水环境中,分析了腐蚀失重、失重速率、损伤度以及腐蚀过程中腐蚀溶液溶解氧浓度、pH值与不同面容比（2、5、20 mL/cm²）之间的关系。结果表明：随材料腐蚀时间的延长,腐蚀溶液中的溶解氧浓度降低,pH值上升,而且随面容比的增大,材料的腐蚀失重增加,腐蚀失重速率也增大。Tafel极化曲线和电化学交流阻抗谱结果表明,不同pH值下300M钢耐蚀性的差别导致了不同面容比环境下腐蚀损伤的差异,3种面容比模拟积水环境中腐蚀速率大小为V₂₀>V₅>V₂。     

LC4铝合金服役环境下点蚀形貌特征及其演变规律

为获取飞机LC4铝合金在服役环境下典型点蚀形貌特征,采用模拟服役环境的加速腐蚀实验环境谱对材料试件进行加速腐蚀实验,定义3个参数蚀坑深度H、蚀坑表面长度L、蚀坑表面宽度W为表征蚀坑形貌特征参量,跟踪测量典型蚀坑不同腐蚀年限下此3个特征参量数值,获取典型蚀坑形貌特征参量数据检测结果。在此基础上,对检测结果分别采用统计分析和分形理论方法进行数据分析,获取LC4铝合金同一腐蚀年限下和不同腐蚀年限下典型点蚀蚀坑的形貌特征及其演变规律。结果表明:同一腐蚀年限下,点蚀蚀坑形貌特征参量符合对数正态分布;随着腐蚀年限的增加,点蚀蚀坑形貌特征参量逐渐体现出明显的分形特征,蚀坑形貌逐渐趋向坑深度较浅、坑表面长度较长、坑表面宽适中的特征。     

基于模糊可靠性的飞机结构腐蚀疲劳寿命评定

腐蚀和腐蚀疲劳大大降低了LY12CZ铝合金的材料性能,严重地威胁着飞机的结构完整性和使用安全。飞机结构失效过程与所受的载荷、材料特性、服役的腐蚀环境等因素有关,由于各因素联合作用,失效过程损伤机理相当复杂,既有随机性又有模糊性。针对目前腐蚀疲劳寿命评估的常规概率方法的缺陷,基于通过对海军航空部队调研得到的飞机实际使用载荷谱,提出更合理、更贴近实际情况的模糊可靠性评估方法。讨论了蚀孔形状比和各模糊因素对结构寿命的影响规律,研究结果表明该模糊可靠性方法可以应用于飞机结构的腐蚀疲劳寿命评估。     

预腐蚀和交替腐蚀作用下航空铝合金多轴疲劳行为及寿命预测

飞机在腐蚀环境下服役时,损伤形式为地面腐蚀与空中疲劳交替过程。依据该工况特点,研究了预腐蚀和交替腐蚀作用对2024-T4和7075-T651两种航空铝合金多轴疲劳行为的影响规律。结果表明：等效应力恒定时,随着预腐蚀时间增加,试样表面蚀坑数量和密度增加,腐蚀影响权重增大,2种铝合金多轴疲劳寿命均降低;交替腐蚀-多轴疲劳试验中,单位加载周次恒定时,单位腐蚀时间增加导致多轴疲劳寿命下降,试验过程中随着交替级数的增加,试样表面腐蚀程度加剧;基于Miner模型和预腐蚀疲劳寿命数据,提出修正的损伤累积模型,进行交替腐蚀-多轴疲劳寿命预测,寿命预测值基本位于2倍分散带内。