含腐蚀预损伤铝合金2024-T62的疲劳断裂行为及基于断裂力学的寿命预测

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1、航空学报ActaAerOnauticaetAstronauticaSinicaJan．252011V01．32No．1107．116ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：∥hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000一6893(2011)0l-0107一lO含腐蚀预损伤铝合金2024一T62的疲劳断裂行为及基于断裂力学的寿命预测刘建中*，陈勃，叶序彬，胡本润，丁传富中国航空工业集团公司北京航空材料研究院，北京100095摘要：针对2024一T62铝合金薄板系统地开展了

2、腐蚀预损伤对材料疲劳S—N曲线、小裂纹萌生行为、长短疲劳裂纹扩展及物理小裂纹门槛值扩展行为的影响等试验研究。结果表明：腐蚀预损伤对材料疲劳S—N曲线及材料疲劳小裂纹萌生行为有明显的影响，但对材料长短裂纹扩展及物理小裂纹门槛值扩展行为没有明湿的影响。通过假定腐蚀预损伤为初始小裂纹，基于断裂力学理论。利用FASTRAN3．9软件预测了含腐蚀预损伤材料的疲劳S—N曲线。研究发现，预测与试验结果吻合较好。当材料含有较大尺寸的腐蚀预损伤时。对其进行寿命预测可以不考虑小裂纹效应的复杂影响。关键词：预腐蚀损伤；疲劳；小裂纹行为；长裂纹扩展

3、；寿命预测；铝合金中图分类号：V215文献标识码：A腐蚀损伤是铝合金飞机实际结构中常见的一种初始损伤形式。飞机在宅中飞行时承受复杂疲劳载荷作用，由于疲劳裂纹能够从腐蚀坑中萌牛，在腐蚀环境中加速扩展，因此，腐蚀的存在会严重影响铝合金飞机结构的完整性。很显然，试验研究并定疑评估腐蚀预损伤对铝合金材料与结构疲劳断裂行为的影响对于飞机结构的安全使用有重要意义。虽然近20年来，特别是老龄飞机问题在国际上引起广泛关注以后，国内外对腐蚀损伤问题从多个方面进行了广泛的研究，但系统研究腐蚀预损伤对于材料疲劳长、短裂纹行为及疲劳寿命影响的国外报

4、道很少，而国内基本未开展这方面T作∽]。已有的研究表明：在存在腐蚀预损伤情况下铝合金的裂纹萌生寿命会大幅下降，裂纹扩展寿命将成为材料疲劳寿命主要部分【4-6]，这为基于断裂力学原理定量预测含腐蚀预损伤铝合金材料的疲劳寿命提供了较好的依据。近年来，国际上已有研究通过将预腐蚀坑当成一个初始的疲劳小裂纹，利用商用裂纹扩展分析软件AF—GR()W和NASGR()等较成功地进行了含腐蚀预损伤材料的疲劳寿命预测【z’4。引。但是，在他们的研究中，均没有通过试验开展过腐蚀坑小裂纹的萌生和扩展行为研究，只是在寿命预测时通过将材料长裂纹的出／

5、dN一△K(如／dN为裂纹扩展速率；△K为应力强度因子变程)数据由Paris区向门槛值区延伸来考虑“小裂纹”效应的影响。因此，迄今为止．含腐蚀预损伤材料疲劳小裂纹行为及其对疲劳寿命的影响是不清楚的。而对于未含腐蚀预损伤的铝合金、钢、钛合金等航空材料，中国航空丁业集团公司北京航收稿日期：2010．04—16；退修日期：2010—05—31；录用日期：2们0一07·14；网络出版时间：2010一11—1109：09网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／111929．V201011”．0909．007．h

6、tmIDOI：CNKI：”-1929／V．20101111．0909007*通讯作者．Tel．：010-62496701E—mail：jia佗hong

7、Iu09@sina．com弓l用格武t翩建中．睬勃．咔亭彬．等．舍璃蚀该损伤铝合金2024．T62的疲劳断裂行为硬基f断裂力学酶寿命预稠!JI．航李学撮．2011．32《1)：107·116．LiuJian2hcIng·c№．nBo·Yex油ln．eta

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10、ife卵dlc“onbased∞缸日c钳旧mect嘲i鼯(JI．ActaAe懈1au枉caetAs缸俑auti(旨sinica．2011．32t1)：107．，，6．航空学报Jan．252011VoI32No1空材料研究院通过与美国航空航天局(NASA)、美国联合技术公司(UTC)等的大量国际合作，系统地研究了材料的疲劳小裂纹行为及基于小裂纹理论的疲劳寿命预测技术[1“14]。这些研究结果为开展含腐蚀预损伤材料的疲劳寿命预测研究提供了重要的方法学方面的参考。本文针对2024一T62铝合金薄板，通过试验较系统地研究

11、了腐蚀预浸泡时间与腐蚀坑尺寸的关系，不同腐蚀预损伤对于材料疲劳及裂纹扩展行为的影响。含与不含腐蚀预损伤材料的疲劳小裂纹萌生和扩展行为、物理小裂纹门槛值扩展行为。同时。根据试验研究结果，通过假定腐蚀预损伤为初始小裂纹，基于断裂力学理论，利用FASTRAN3．9软件预测了含不同腐蚀预损伤试样的