腐蚀∕疲劳交替作用下飞机金属材料疲劳寿命计算方法

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstrOnauticaSinicaMay252013Vol34No51114—1121ISSN1000．6893CN11．1929／Vhttp：／／hkxb．buaa．edu．crlhkxb@buaa．edu．cn腐蚀／疲劳交替作用下飞机金属材料疲劳寿命计算方法张海威1，何宇廷1‘*，范超华2，刘昭彤3，伍黎明11．空军工程大学航空航天工程学院，陕西西安7100382．解放军驻122厂军代室，黑龙江哈尔滨1500603．中国空间技术研究院西安分院，陕西西安710

2、000摘要：使用环境下飞机金属结构剩余寿命评定是确定飞机结构疲劳寿命与日历寿命关系的关键。为此，本文模拟飞机结构经历的“地面腐蚀+空中疲劳”过程，提出了腐蚀／疲劳交替作用下飞机金属材料的疲劳寿命计算方法。首先，通过分析2A12一T4铝合金试样预腐蚀／疲劳试验结果，发现其在模拟腐蚀／疲劳交替作用时计算得到的疲劳寿命偏于保守。随后，根据2A12一T4铝合金试样真实的交替试验结果，采用回归算法，建立了基于均匀分布耦合损伤形式的腐蚀／疲劳交替寿命计算模型；并分别采用BP、Elman神经网络对上述模型的计算结果进行

3、验证。结果表明，本文提出的均匀分布耦合损伤模型计算结果与真实试验结果吻合较好；通过进一步的计算与试验对比发现，该模型也可以用于加载循环与腐蚀周期组合发生变化时的疲劳寿命预测，具有较好的适用性。关键词：腐蚀；疲劳；2A12T4铝合金；均匀分布；神经网络中图分类号：V216．3文献标识码：A文章编号：1000—6893(2013)05—111408随着使用年限的增长，飞机金属结构受到环境影响而产生腐蚀的问题日益突出。腐蚀会削弱结构的承力面积，降低材料的抗疲劳性能，进而影响飞行安全和寿命指标。当前，国内外已经开

4、展了大量材料的腐蚀／疲劳试验，得到了各种材料在不同腐蚀环境下的寿命退化规律，形成了两种常用的评估飞机结构腐蚀疲劳关键件剩余寿命的方法：一种是从微观角度采用电化学腐蚀方法的点蚀和剥蚀模型[1。7]，如Sriaman和Pidapati[11提出的同时考虑腐蚀环境和疲劳加载的裂纹形成和扩展的全寿命模型，Merati[21提出的三阶段腐蚀疲劳裂纹计算方法，Wang等口3提出的点蚀疲劳寿命概率评估方法，Dolly等n3采用断裂力学方法提出的点蚀疲劳寿命衰减模型，vanderWalde和Hillberry[53提出的

5、腐蚀形核导致早期疲劳裂纹扩展的寿命评估方法，Chubb等凹1提出的剥蚀寿命计算方法等；另一种则是从宏观角度考虑腐蚀环境影响的名义应力法，如刘文铤等[8胡。对某型飞机结构延寿时采用的腐蚀影响系数法，国内张福泽㈨、李玉海㈣、崔常京：12

6、、张有宏‘13]、陈跃良n叼等在不同试验条件下测定LYl2CZ铝合金的腐蚀变化规律及疲劳性能衰减规律等。上述方法在分析金属材料的腐蚀损伤、预测结构材料的剩余寿命工作中发挥了重要作用。但是，上述两种方法主要是采用预腐蚀／疲劳或腐蚀疲劳共同作用的试验方法，而较少考虑腐蚀／疲劳交替

7、作用收稿日期：2012—11．01；退修日期：2012—11—21；录用Et期：2012-12—25；网络出版时间：2013—01-0910：23网络出版地址：WWWcnki．net／kcms／detaiJ／11．1929V201301091023．006html基金项目：国家自然科学基金(50975284)*通讯作者．Tel：029—84787082E-mail：hyt666@tomcom§

8、用格式}ZhangHW，HeYT，FanCH，eta1．Fatiguelifepredictionmethodf

9、oraircraftmetalmaterialunderalternativecorrosion／fatigueprocess．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica．2013．34(5)：1114—1121．张海威，侣宇廷，范超华，等．腐蚀／疲劳交替{#用下飞机金属材料疲劳毒命计算方法航空学报．2013，34(5)：1114-1121．张海威等：腐蚀／疲劳交替作用下飞机金属材料疲劳寿命计算方法1115下结构寿命的退化状况。事实上，飞机结构在使用过程中经历的应该是一种典型的

10、“地面腐蚀+空中疲劳”的交替过程，即地面停放时受到机场环境的腐蚀作用、空中飞行时产生疲劳的过程(3000m以上高空的腐蚀影响很小，可以忽略)。陈群志等口51采用周期浸润加速腐蚀试验与疲劳试验相结合的方法，研究了特定条件下疲劳载荷与腐蚀环境交替作用对某型飞机机翼主梁疲劳寿命的影响，但只给出了在一种载荷与腐蚀交替情况下的试验结论。杨晓华等口61初步提出了交替作用下的腐蚀／疲劳累积迟滞模型，但是需要试验的进一步验证。范超华口73通过