鋁合金結(jié)構(gòu)腐蝕損傷研究與評價

前言

　　腐蝕是飛機結(jié)構(gòu)的一種主要損傷形式，它不僅使結(jié)構(gòu)的剩余強度降低，甚至影響飛機結(jié)構(gòu)的完整性，威脅飛行安全從而造成飛行故障和災(zāi)難。例如，1981年，臺灣一架波音747客機因機身下部結(jié)構(gòu)腐蝕，蒙皮變薄，產(chǎn)生孔洞和裂紋，在壓力作用下導(dǎo)致在空中解體，還有，1988年美國Aloha航空公司的一架波音737客機的空中事故。這些事故的出現(xiàn)引起了人們對受腐蝕損傷影響的老齡飛機飛行安全的極大關(guān)注。尤其在沿海地區(qū)服役的老齡飛行器，機體結(jié)構(gòu)腐蝕更為嚴重。開展對機體結(jié)構(gòu)腐蝕損傷的研究對于老齡飛機的定壽、延壽十分重要，而且對于新型飛機的設(shè)計、技術(shù)改進和壽命管理也有很重要的指導(dǎo)意義。　　機體結(jié)構(gòu)腐蝕損傷是影響老齡飛行器疲勞壽命的主要因素，因此對采用何種指標來評估腐蝕損傷對機體結(jié)構(gòu)剩余強度和剩余壽命的影響顯得更為重要和迫切。通過現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在老齡飛機結(jié)構(gòu)上，主要存在剝蝕和坑蝕兩種腐蝕形式，其中，坑蝕一般表現(xiàn)為由金屬表面向厚度方向深入發(fā)展的一種局部破壞形式。這種腐蝕危害性大，部位一般難以預(yù)測，易形成腐蝕疲勞裂紋源。成為降低飛機結(jié)構(gòu)剩余強度的一個主要因素，從而也成為腐蝕損傷結(jié)構(gòu)分析中的熱點。在對腐蝕環(huán)境下的老齡飛機進行常規(guī)檢測時發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)面上存在大量隨機分布的腐蝕坑，不論從位置上還是空間尺寸上一般都無序可尋，這樣就為對受坑蝕損傷結(jié)構(gòu)進行可靠性分析帶來了新的困難。

內(nèi)容概要

　　《鋁合金結(jié)構(gòu)腐蝕損傷研究與評價》是關(guān)于鋁合金結(jié)構(gòu)腐蝕損傷研究的專著，涉及材料、結(jié)構(gòu)、腐蝕和疲勞等專業(yè)知識。全書共分7章，內(nèi)容包括鋁合金腐蝕損傷的實驗?zāi)M及對疲勞壽命影響的觀測、航空鋁合金腐蝕損傷評價標準及形貌研究、試件腐蝕損傷的演化規(guī)律及剩余強度分析、點蝕損傷的計算機模擬、LY12CZ含緊固孔構(gòu)件腐蝕疲勞裂紋擴展研究及分析、廣布腐蝕損傷分析模型，全壽命腐蝕損傷監(jiān)控與管理體系等部分?！　　朵X合金結(jié)構(gòu)腐蝕損傷研究與評價》介紹的研究成果可用于老齡飛機結(jié)構(gòu)剩余強度和剩余壽命評估，飛機機體日歷壽命的評定、在役飛機的壽命管理和維修以及新型飛機的設(shè)計?！朵X合金結(jié)構(gòu)腐蝕損傷研究與評價》也可作為工程結(jié)構(gòu)設(shè)計，維護等粳域的工程設(shè)計人員，科研人員和管理人員的參考資料。

作者簡介

　　呂勝利，西北工業(yè)大學副教授，工學博士，固體力學和軟件工程專業(yè)碩士生導(dǎo)師，1987年在西北工業(yè)大學獲得工程力學專量學士學位，1990年在西安交通大學獲得固體力學專業(yè)碩士學位，1999年在西北工業(yè)大學獲得固體力學專業(yè)博士學位，近年來主要從事飛機蛄構(gòu)設(shè)計、復(fù)合材料結(jié)構(gòu)多學科優(yōu)化設(shè)計、數(shù)字仿真技術(shù)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計技術(shù)研究。在國內(nèi)外核心刊物發(fā)表論文40余篇。主持和參加國家科技支撐計劃、973、國防973、自然科學基金、航空基金、航天科技創(chuàng)新基金、中石油創(chuàng)新基金等科研項目。　　張有宏，第二炮兵工程學院講師，西北工業(yè)大學航空宇航科學與技術(shù)學科博士后。1998年9月到2002年7月在西北工業(yè)大學飛機糸學習，2002年9月到2007年6月在西北工業(yè)大學航空學院固體力學學科磧博連讀，并獲得工學碩士、博士學位。現(xiàn)主要從事武器系統(tǒng)腐蝕損傷評估及全壽命管理、石化管道腐蝕損傷評估、火工品貯存可靠性、飛行器結(jié)構(gòu)疲勞斯裂及可靠性分析等方面的研究工作。在國內(nèi)外核心刊物發(fā)表論文20余篇。被SCI.EI.ISTP檢索15篇。

書籍目錄

第1章 鋁合金腐蝕損傷的實驗?zāi)M及對其疲勞壽命影響的觀測1.1 引言1.2 試驗介紹1.3 試驗設(shè)計1.4 試驗結(jié)果及討論1.5 試驗數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析1.6 本章小結(jié)參考文獻第2章 航空鋁合金腐蝕損傷評價標準及形貌研究2.1 腐蝕試驗及腐蝕損傷數(shù)據(jù)的獲取2.2 腐蝕損傷形貌演化分析2.3 腐蝕損傷評價指標研究2.4 不同環(huán)境下LYl2CZ鋁合金表面腐蝕損傷演化觀測2.5 腐蝕評價指標中的損傷度和深度與壽命之間的關(guān)系2.6 有限元分析2.7 本章小結(jié)參考文獻第3章 試件腐蝕損傷的演化規(guī)律及剩余強度分析3.1 腐蝕損傷對結(jié)構(gòu)壽命的影響3.2 腐蝕損傷對結(jié)構(gòu)壽命影響的研究進展3.3 腐蝕坑的試驗觀測3.4 腐蝕坑引起結(jié)構(gòu)失效的全過程3.5 坑蝕影響下的剩余強度分析3.6 本章小結(jié)參考文獻第4章 點蝕損傷的計算機模擬4.1 引言4.2 元胞自動機法4.3 金屬腐蝕的物理模型4.4 金屬腐蝕的元胞自動機模型4.5 模擬結(jié)果4.6 點蝕萌生的模擬4.7 本章小結(jié)參考文獻第5章 LY12CZ含緊固孔構(gòu)件腐蝕疲勞裂紋擴展研究及分析5.1 腐蝕疲勞機理及對機體結(jié)構(gòu)壽命的影響5.2 腐蝕疲勞試驗5.3 腐蝕疲勞裂紋的虛擬擴展方法研究5.4 腐蝕疲勞作用下緊固孔構(gòu)件剩余強度5.5 本章小結(jié)參考文獻第6章 廣布腐蝕損傷分析模型6.1 引言6.2 結(jié)構(gòu)腐蝕損傷原狀到計算模型的映射6.3 腐蝕坑等效為具有相同壽命的表面裂紋6.4 表面裂紋之間的相關(guān)性分析與研究6.5 廣布裂紋疲勞擴展分析6.6 本章小結(jié)參考文獻第7章 全壽命腐蝕損傷監(jiān)控及管理體系7.1 實際使用中腐蝕損傷允許程度的限定7.2 飛機鋁合金結(jié)構(gòu)腐蝕損傷7.3 海軍飛機腐蝕管理的全壽命模型7.4 本章小結(jié)參考文獻附錄附錄A 飛機的使用環(huán)境附錄B 腐蝕原理基礎(chǔ)附錄C 鋁合金腐蝕損傷試驗樣本表面斷裂、斷口的圖片

章節(jié)摘錄

　　試驗?zāi)繕耍涸陬A(yù)腐蝕的疲勞試驗中，考慮了溫度、腐蝕天數(shù)及應(yīng)力水平這3種影響試件疲勞壽命的因素，將其作為自變量。試驗?zāi)康脑谟谡业竭@3種因素中哪一種因素對疲勞壽命“貢獻”更大，分析因素之間是否有交互影響及其對疲勞壽命有沒有交互作用，并提出為進一步開展后續(xù)試驗研究的可行的新方法和新思路?！　≡囼炘O(shè)計：試驗以數(shù)理統(tǒng)計的方法作為基礎(chǔ)，在試驗中自變量的水平預(yù)先給定，自變量的變化引起因變量的變化。在試驗中，自變量和因變量的選取如下：　　自變量：溫度（℃）、腐蝕時間（d）、應(yīng)力水平（MPa）?！　∫蜃兞?，腐蝕疲勞壽命（循環(huán)數(shù)）?！　υ囼灲Y(jié)果的影響；在試驗中采取正交試驗設(shè)計，用正交試驗的方法一次性將所有的變量混合起來進行分析，在設(shè)計中給每個變量設(shè)置兩種水平，并混合起來考慮因素各自及交互作用對于試驗結(jié)果的影響。　　在進行正交試驗的設(shè)計時，采用兩種方法，一種方法是將所有的因素和水平都考慮了進去。能全面地分析各個因素和水平對腐蝕疲勞壽命的影響，能在過程中找出各因素之間是否存在著交互作用及對其結(jié)果有沒有顯著的影響；同時，也能較準確地找出在所有的因素中哪個因素對于腐蝕疲勞壽命的影響更為顯著。另一種方法是在廣泛研究每一種變量后，逐一分析每一種因素對于腐蝕疲勞壽命的影響，缺點在于不能看出變量與變量之間是否存在著交互的作用。

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