航空铝合金腐蚀疲劳特性研究

来源 :中国民用航空飞行学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kevinstudy
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目前,航空铝合金在民用航空器结构用量上占70%-80%。过去,有相当一部分故障是由航空铝合金结构腐蚀疲劳耦合损伤引起的。腐蚀疲劳耦合失效是高强度铝合金结构一种常见失效形式,因其预兆性弱、破坏性强、危害性高等特点极易造成铝合金结构损伤。因此,本文研究航空铝合金腐蚀疲劳耦合对保证航空铝合金正常使用从而确保航空安全至关重要。本文研究酸性NaCl溶液与拉伸交变载荷耦合作用下对7075-T651铝合金腐蚀疲劳等耐久行为的影响规律和作用机理,进行电化学试验、低周疲劳试验探讨腐蚀时间对7075-T651铝合金的影响规律和作用机制。构建了基于多物理场仿真软件的7075-T651铝合金腐蚀疲劳预测的仿真模型,并通过使用扫描电子显微镜(SEM)观察试件疲劳断裂处的微观形貌,且基于MATLAB编程,建立一套可应用于蚀坑的图形处理方法。最后建立了可用于腐蚀疲劳预测的仿真模型。取得的主要结果如下:(1)针对未腐蚀试件进行拉伸性能研究,发现7075-T651铝合金试件的平均拉力为12941N,为疲劳试验的最大拉力参数设置提供了参考;基于损伤等效原则,计算出试件在酸性NaCl溶液腐蚀5.5h的腐蚀程度相当于飞机停放1年其蒙皮的腐蚀程度。通过腐蚀疲劳试验发现腐蚀时间和疲劳寿命呈负相关趋势,腐蚀30小时后的试件平均疲劳寿命减少了35.3%,腐蚀55小时后的试件平均疲劳寿命减少44.9%;电化学分析表明7075-T651铝合金的自腐蚀电位和电流随着溶液p H值的降低而下降,说明其腐蚀动力学过程在减慢,为腐蚀疲劳仿真提供基础参数。(2)通过7075-T651铝合金腐蚀疲劳试件断口形貌发现预腐蚀后试件出现多个点蚀坑,在交变载荷下,裂纹产生并扩展最终合并;基于MATLAB软件,输入腐蚀形貌图像,运用滤波函数、直方图变换和图像增强等图像处理技术,建立了腐蚀图像噪点更少、图像边缘更为清晰的图像处理方法,且可以用于计算出腐蚀坑面积。(3)采用多物理场仿真软件对酸性NaCl溶液环境中的7075-T651铝合金试件的腐蚀疲劳进行仿真模拟。研究发现腐蚀疲劳寿命随着腐蚀时间的延长而减小,腐蚀时间在0h到20h时,腐蚀疲劳寿命从4052个周次下降到3105周次,仿真数据与试验数据十分吻合;腐蚀时间在25h到55h时,仿真数据与试验数据有些许偏差,但是偏差在允许的范围内。研究了H2SO4与NaCl不同配比浓度的腐蚀溶液对7075-T651铝合金腐蚀疲劳性能的影响,得到了相应的疲劳强度与腐蚀厚度,发现在一定的时间内,当Cl-浓度一定时,随着p H值的增加,腐蚀坑深度逐渐减小,疲劳寿命逐渐增加;当p H值一定时,随着Cl-的增加,腐蚀坑深度逐渐增加,疲劳寿命逐渐减少。(4)基于灰色系统理论建立了7075-T651铝合金腐蚀疲劳灰色预测模型GM(1,1),预测了不同腐蚀时间后铝合金试件的疲劳寿命,当腐蚀时间为40h,疲劳寿命为2435个周次,相对误差仅为0.25%。采用0h到55h的腐蚀疲劳试验验证了灰色GM(1,1)预测模型在铝合金腐蚀疲劳寿命预测中的准确性。
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