基于腐蚀损伤因子的全寿命模型研究概述陈跃良

1、基于腐蚀损伤因子的全寿命模型研究概述陈跃良论文导读：基于断裂力学理论将预腐蚀形成的腐蚀损伤(预腐蚀试验件的腐蚀坑)等效为半椭圆和半圆形断裂力学缺陷来进行模拟分析裂纹。关键词：腐蚀损伤铝合金，断裂0 引 言铝合金因其高强度和低密度而成为飞机结构的主要材料，在我国自行研制的飞机中，铝合金用量占机体结构材料的比例高达80%以上；虽然在新研制的飞机中钛合金和复合材料的比例有所上升但铝合金的用量仍达到60%65%1。军用飞机在服役过程中,由于所处的地理环境和飞行强度等不同会受到不同程度的腐蚀性损伤,当损伤到一定程度时候,便可能会产生灾难性后果。英国的彗星号客机和美国的F-111战斗机都是比较有名的腐蚀损

2、伤事故。我海军、空军部门也发现了多架战斗机某部位不同程度的损伤,造成了飞机的停飞甚至提前退役,严重影响了部队的战斗力。随着近年来飞机结构寿命问题的日益突出，铝合金的腐蚀损基金项目：国家自然科学基金资助项目（50675221）；总装“十一五”预研项目（51327030104）伤等问题也逐渐成为人们关注的焦点。1飞机结构的腐蚀大量的飞机失效、破坏表明:腐蚀性环境对机体造成的损伤是影响飞机寿命的一个很重要的原因。由于我海军机场绝大部分分布在沿海地区，其地面停放环境特点是高温、高湿和盐雾出现时间长,靠近城市工业区的机场还受到工业废气的污染,海军飞机所处的环境更加恶劣，同时飞机97以上的时间是在地面停放

3、2。大量用于飞机结构件的航空铝合金材LY12-CZ,在上述环境用下极易发生腐蚀现象。腐蚀是金属的化学或者电化学破坏行为,是金属氧化过程的概括与总结。常见的飞机机体的腐蚀损伤有剥蚀、坑蚀、缝隙腐蚀等 (如图1)。剥蚀、坑蚀一般发生在铝合金表面, 缝隙腐蚀一般发生在焊接或者铆接等具有裂纹的连接部位。由于剥蚀是个大面积现象,在进行金相观测时候可以看到大量腐蚀坑的存在。所以,在研究腐蚀损伤是一般利用坑蚀开展研究。大量用于飞机结构件的航空铝合金材LY12-CZ,在腐蚀环境下容易形成腐蚀坑,腐蚀坑的存在会加速形成疲劳裂纹并扩展,从而影响飞机结构疲劳寿命及其剩余强度3-8。使得飞机一些部件、甚至是主要承力件

4、受到腐蚀损伤，降低了其结构的剩余强度，缩短了结构的使用寿命，直接威胁飞行安全，可能导致灾难性的事故发生。图1 典型的腐蚀损伤类型示意图3国内外研究现状由于腐蚀环境的作用,在老龄飞机结构上发现主要存在剥蚀和坑蚀两种腐蚀形式,其中坑蚀一般表现为由金属表面并向厚度方向深入发展的一种局部破坏形式,这种腐蚀危害性大,部位一般难于预测,易形成腐蚀疲劳裂纹源 ,成为降低飞机结构强度的一个主要因素9。因此通过对腐蚀损伤度的研究可以对飞机关键部位结构寿命和剩余强度进行有效的分析和预测。对飞机结构腐蚀损伤分布进行研究,得出了腐蚀失效模型及腐蚀损伤规律,给出最佳分布形式,是腐蚀损伤可靠性评估的基础。文献10通过选取

5、四种分布对现役飞机结构腐蚀损伤进行统计特征研究。文献11 针对老龄化飞机安全评估分析中结构表面存在广布随机不等直径腐蚀坑这一现状,采用蒙特卡罗(Monte Carlo) 方法分析并编制了计算机程序,完成了由结构腐蚀原况到计算模型的映射,从而实现了利用计算机模拟再现结构腐蚀损伤,为定量研究腐蚀损伤对老龄飞机结构的剩余强度和寿命影响提供可能。采用BP人工神经网络算法分别对飞机结构材料进行学习训练,建立了腐蚀损伤与环境条件的映射模型,可以预测腐蚀损伤值12。采用人工神经网络技术定量预测飞机结构腐蚀损伤是一种较好的工程方法。论文参考。这种方法预测为较好预测飞机结构的寿命和剩余强度提供了可靠保障其中,文

6、献9考虑了飞机结构件腐蚀损伤后,潮湿空气、盐雾、盐雾+ SO2等环境介质对疲劳寿命的影响。根据海军现役飞机的腐蚀环境特点及结构件腐蚀损伤深度拟合规律, 以室温大气环境下的寿命评定结论为依据, 提出了一种腐蚀环境下飞机结构疲劳寿命的评定方法。对飞机材料腐蚀性能和预先腐蚀试验件疲劳寿命研究的有, 文献12,13研究了常用航空材料大气腐蚀后的疲劳性能劣化规律。文献14,15研究了LY12CZ 在EXCO溶液中的腐蚀动力学统计规律。西北工业大学吕国志，张有宏,任克亮等对实验室环境下对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16。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ASTM-G3421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。任克亮等用蒙卡罗方法确定了与已知尺寸腐蚀坑有相同