铝合金微动腐蚀特性及损伤机制

微动广泛存在于航空航天等各种机械构件中,加速构件接触表面及表层裂纹的萌生与扩展。由于海军飞机服役环境的复杂性,铝合金构件腐蚀相当严重,因此了解铝合金微动腐蚀规律具有极其重要的作用,有助于减少微动腐蚀,为老龄飞机的维护提供更多技术指导。本文结合微动损伤理论分析了铝合金在大气和盐水中的微动特性,总结了微动磨损过程主要的损伤机制。     

7B04铝合金在模拟海洋大气环境下的腐蚀行为

海洋大气环境下铝合金的腐蚀本质上是薄液膜下的电化学腐蚀,与本体溶液中的腐蚀有很大不同,腐蚀速率与薄液膜的厚度及成分有关。建立并实验验证了薄液膜厚度、大气相对湿度和铝合金表面盐沉积量3者之间的关系,研究7B04铝合金在不同厚度和不同Na Cl浓度薄液膜下的电化学性能。结果表明,薄液膜下7B04铝合金的自然腐蚀电位较本体溶液中更容易达到稳定,且电位更正,自然腐蚀速率更大;液膜厚度减小,7B04铝合金阴极极化电流密度增加,阳极反应受到抑制;薄液膜中Na Cl浓度升高,7B04铝合金的自然腐蚀电位降低,腐蚀速率上升,而阴阳极极化过程受Na Cl浓度变化影响不大,当Na Cl质量分数达到5%后,自然腐蚀电位基本不再变化。     

喷丸处理构件疲劳寿命预测机理模型研究

提出了一种新的机理模型,该模型以喷丸处理构件裂纹扩展分析为基础,说明喷丸处理对机械构件疲劳寿命预测的影响。在裂纹扩展过程中,引入了表征表面粗糙度影响的渐进应力强度因子,并用时变残余应力函数改变裂尖应力比。用试验数据验证机理模型的有效性,结果表明,试验数据和模型预测非常吻合。     

飞机结构局部环境加速腐蚀当量谱

提出了编制海军飞机结构关键危险部位环境谱的技术途径,在地面停放环境谱的基础上,综合考虑关键部位的结构形式、密封性等诸多因素,给出局部环境谱。提出用金属腐蚀电流Ｉｃ作为度量尺度和用控制金属表面湿润时间的方法,对环境谱加速。经试验得出加速腐蚀折算系数α,将局部环境谱转换成给定环境下的当量加速试验谱。加速腐蚀损伤与机场环境损伤结果相吻合。     

飞机结构腐蚀搭接件应力应变分析

通过对一架退役飞机分解检查，发现搭接件外表面光滑，而搭接面腐蚀很严重。利用三维有限元法定性地分析腐蚀产物膨胀作用的“垫枕效应”，得到了蒙皮板的应力应变的分布情况，确定了疲劳裂纹可能的形成位置，讨论了孔蚀对搭接件蒙皮应力应变分布的影响。     

不同预腐蚀时间下微动对搭接件疲劳寿命影响研究

通过对不同预腐蚀时间下搭接件疲劳试验和断口宏微观的分析,得到不同预腐蚀时间下微动对搭接件疲劳寿命的影响规律。引入应力强度因子影响系数β用于修正微动效应对搭接件孔边裂纹应力强度因子的影响,针对不同腐蚀时间裂纹成核位置不同,利用裂纹扩展分析软件AFGROW建立了考虑微动影响的两种疲劳寿命计算模型。研究结果表明:微动和腐蚀的交互作用使搭接件的寿命减少更大,对于未腐蚀和腐蚀较轻的搭接件,由于微动作用,裂纹一般起源于螺栓孔处靠近螺栓孔沉孔区的螺栓体区,微动损伤占主导;对于腐蚀较重的搭接件,腐蚀占主导作用,裂纹一般起源于孔壁与接触面相交处。在考虑微动影响下,疲劳寿命预测值与试验值吻合较好,模型更加合理。     

异种金属结构电偶腐蚀的边界元仿真及验证

海军某型航空装备在海洋环境下长时间服役后,铸铝合金壳体会与海军黄铜导轨接触,导致电偶腐蚀。为研究不同条件对其电偶腐蚀的影响,基于Nernst Plank方程和边界元方法,以结构几何形状、材料极化数据和电解液性质为输入,建立了裸露电偶电极的仿真模型,探索了模型有效性和可靠性的实验室验证方法。结果表明,同一环境下,ZL115 T5铸铝合金电位低于C41500海军黄铜电位,在电偶腐蚀中充当阳极;随着电解液浓度、结构表面液膜厚度增大,电偶腐蚀将愈加剧烈;裸露电极电偶电流及表面电位的实测值和仿真值吻合较好,所建立的电偶腐蚀边界元模型有效、可靠。     

新型航空铝合金2B06腐蚀形态参数分布规律研究

海洋环境下飞机结构腐蚀严重,研究航空铝合金包腐蚀形态参数分布规律,对于飞机日历寿命评估十分重要.本研究以新型铝合金包铝材料2B06为研究对象,根据实际环境数据编制的当量加速腐蚀试验谱进行当量加速腐蚀试验.采用KH-7700三维显微镜对腐蚀损伤进行观察和测量,选取合适的腐蚀形态参数对损伤形态进行描述,分别采用正态、对数正...     

降低含多孔带板应力集中的有限元研究

在飞机和船体结构设计中,由于管路穿行、电缆布置等总体布局要求,在机翼梁的腹板上的指定位置开有多个孔,引发多个孔应力互相干扰。利用ANSYS有限元软件分别对圆孔间距、圆孔数和方形孔圆角半径对含孔带板应力集中系数的影响进行了分析,并与特定情况的试验值进行了对比,两者基本一致。研究结果表明:在孔数一定时,对于不同的孔间距,存在不同的最佳值,使应力集中系数得到最有利的缓和,且板宽对该最佳值的影响不大;对于方形孔, 当圆角半径为1/14方形孔边长时,对缓和应力集中系数最有利。文中并给出了特定情况下最有利于降低应力集中系数的孔的个数。     

基于微观结构的2B06铝合金全寿命概率模拟

通过新型铝合金2B06轧制薄板材料的金相分析和疲劳断口的扫描电镜分析知,其疲劳裂纹萌生机理与材料微观结构有着紧密的联系,该型铝合金轧制薄板光滑试件的疲劳裂纹一般倾向于尺寸较大的S相(Al₂CuMg)粒子处萌生。经统计分析获得S相粒子尺寸的分布规律;将S相粒子当量假设为表面裂纹,运用概率断裂力学,建立涵盖"材料微观结构→短裂纹扩展→长裂纹扩展→断裂"失效过程的全寿命概率模拟理论模型,通过不同应力水平和不同应力比的多组疲劳试验对模型进行验证。结果表明,提出的全寿命概率模拟方法是合理的、可行的。