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1、第26卷第6期航空材料学报Vol26,No62006年12月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSDecember2006腐蚀条件下铝合金疲劳裂纹扩展试验及模型鲍蕊,董彦民,张建宇,费斌军(北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100083)摘要:进行2024-T3铝合金标准中心裂纹拉伸试件4种典型环境下的裂纹扩展试验,以试验数据为基础,通过对一般环境下的裂纹扩展模型进行修正,建立腐蚀环境下的裂纹扩展模型。对试验结果的分析处理表明,该模型能够很好描述各种典型腐蚀环境下裂纹稳定扩展阶段的裂纹扩展速率,能够较准确估算裂纹
2、扩展寿命,腐蚀修正系数清楚地反映腐蚀影响的程度。通过对单一介质环境腐蚀修正系数的加权组合,模型可以推广应用于复杂环境下裂纹扩展分析。该模型便于充分利用现有材料裂纹扩展性能的数据。关键词:腐蚀疲劳;裂纹扩展;试验;铝合金中图分类号:O346.2;V216.3;TB304文献标识码:A文章编号:1005-5053(2006)06-0012-05复杂环境下使用的飞机结构在循环载荷和环境本研究进行4种典型环境下飞机结构常用铝合介质的联合作用下,更容易发生疲劳破坏,有观点认金材料2024-T3的裂纹扩展试验,以试验结果为基为,在腐蚀疲劳过程中,裂纹起始
3、所占的比例远远小础,针对疲劳裂纹稳定扩展阶段,通过修正现有的一[1]于裂纹扩展期,因而准确估算腐蚀环境下的裂纹般环境下通用的裂纹扩展速率模型,建立腐蚀环境扩展寿命,进而完成腐蚀环境下的损伤容限分析是下裂纹扩展速率的描述模型,使其既便于反映和比飞机结构完整性、安全性和可靠性的重要保证。这较腐蚀对裂纹扩展的影响的大小,也便于利用现有一问题的解决在老龄飞机定延寿要求日益突出的今的各种材料的一般环境下裂纹扩展的结果。提出了天显得更迫切,而老龄飞机腐蚀状况的显现也要求应用该模型对复杂环境下服役结构裂纹扩展速率描新机结构在设计评估阶段充分考虑环境影响。述的简化处理方法。文中对
4、该模型和现有的几种模腐蚀条件下裂纹扩展规律的描述模型是准确估型对试验数据的拟合效果进行了比较。算裂纹扩展寿命的基础。在过去的20年中,关于腐1试验蚀对裂纹扩展规律影响的研究主要集中在腐蚀疲劳裂纹的形成、化学短裂纹的扩展、较长的腐蚀疲劳裂采用2024-T33.15包铝板标准中心裂纹拉伸纹扩展速率的描述,加载波形、频率、应力比等因素(CC(T))试件进行试验,试验件如图1。对腐蚀疲劳裂纹扩展的影响等几个方面。对飞机结根据飞机结构腐蚀环境的特点,选择4种典型构的常用铝合金材料研究较多,例如化学短裂纹效环境进行试验。实验室空气环境作为参考环境(在[2][5]应在裂尖
5、应力强度因子小于一定数值时较显著;以下讨论中称为环境A),便于与相关手册中给一般情况下腐蚀的影响随着加载频率提高而减小出的材料裂纹扩展数据进行比较;3种典型腐蚀环[3](如对于A-lZn-Mg-Cu系的7150铝合金),而对于境分别为潮湿空气(环境B)、盐雾(环境C)和酸性A-lL-iCu系的2024铝合金在盐溶液中,裂纹扩展速盐雾(环境D)环境。4种环境下试验采用相同载荷[4]率随着频率的增加而增加。取得这些成果的同水平P=17860N,试验频率为实验室空气环境时,也反映出腐蚀对裂纹扩展影响的复杂性,目前仍5Hz,其他环境2Hz,具体试验内容示于表1。未形成像
6、描述一般环境下裂纹扩展速率的Paris公式一样得到普遍认可的描述腐蚀条件下裂纹扩展规律的模型。收稿日期:2005-11-15;修订日期:2006-01-19图1试件形式及尺寸/mm作者简介:鲍蕊(1978),女,博士后,(E-mail)RBao@Fig.1Specimenconfigurationbuaa.edu.cn。第6期腐蚀条件下铝合金疲劳裂纹扩展试验及模型13试验设备包括疲劳加载设备、环境装置和裂纹观测设备。疲劳加载设备采用MTS880-100KN电液伺服疲劳试验机及液压平板夹具,正弦波恒幅加载。环境装置为自制有机玻璃介质盒和喷雾装置,各种环境的
7、控制参数示于表2。裂纹观测设备为读数显微镜,精度0.01mm。表1试验内容Table1ContentsoftheexperimentsEnvironmentABCDStressratio0.20.060.20.060.20.2Numberofspecimens849497图2试验流程表2典型环境控制参数Fig.2FlowchartofthetestprocedureTable2DominateparametersofthetypicalenvironmentEnvironmentABCD2试验结果与分析CorrosivePure3.5%NaCl3.5
8、%NaCl
