盐水环境下2024-T351铝合金的腐蚀疲劳强度研究

摘要

飞机在实际服役过程中要面临各种各样的环境因素，如:大气污染、潮湿空气、盐水环境等，而盐水环境对飞机结构的损伤最为严重。因此，研究飞机结构材料在盐水环境下的腐蚀疲劳力学行为对于飞机结构的抗疲劳设计与寿命预测具有重要的工程实际意义。
　　本文主要研究了航空结构材料2024-T351铝合金在3.5％NaCl溶液下和不同应力比（R=-1、0.06和0.5）下的光滑与缺口试样的腐蚀疲劳力学行为及其描述。
　　通过开展3.5％NaCl溶液下2024-T351铝合金的应力控制疲劳试验得出:在盐水环境和三种应力比下，2024-T351铝合金均表现为初始循环软化与随后持续循环硬化特征;铝合金的循环软化/硬化行为与平均应力和应力幅密切相关。随着平均应力和应力幅的增大，铝合金的循环软化/硬化现象变得显著。本文采用三种代表性S-N曲线描述模型（Basquin模型、Langer模型、三参数模型）分别对试验结果进行分析，结果表明:三参数模型能够较好地描述铝合金的腐蚀疲劳S-N曲线。对试验数据进行统计分析进一步给出了三种应力比下铝合金的腐蚀疲劳S-N曲线以及含有不同可靠度的p-S-N曲线。对不同应力比下铝合金的腐蚀疲劳强度分析得出:在盐水环境下，平均应力对铝合金腐蚀疲劳寿命的影响可以采用Soderberg模型很好地描述，并由此建立起描述应力幅(Sa)、平均应力（Sm）与腐蚀疲劳寿命(N)三者之间关系的Sa-Sm-N曲面方程和含有不同可靠度的p-Sa-Sm-N曲面方程。
　　通过开展盐水环境下缺口试样的腐蚀疲劳试验得出:引入缺口将显著降低铝合金的腐蚀疲劳寿命。疲劳缺口因子（Kf）与腐蚀疲劳寿命(N)两者在对数坐标上近似成线性关系。在对称循环和应力比R=0.06时，疲劳缺口因子（Kf）随腐蚀疲劳寿命(N)的增大而降低;在应力比R=0.5时，疲劳缺口因子（Kf）随腐蚀疲劳寿命(N)的增大而升高。并进一步建立起不同应力比下Kf与N之间的实验关系曲线。基于盐水环境下疲劳缺口因子（Kf）的实验规律，本文还对目前三种代表性Kf近似计算公式（修正Neuber公式、Peterson公式和Heywood公式）在盐水环境下的适用性进行了检验。结果表明:修正Neuber公式能够较好地预测3.5％NaCl溶液下2024-T351铝合金的疲劳缺口因子(Kf)。因此，疲劳缺口因子近似计算公式可推荐应用于盐水环境下飞机结构的抗疲劳设计。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 铝合金在航空结构中的应用

1．3 航空结构疲劳强度设计方法

1．3．1 疲劳性能S-N曲线及其描述

1．3．2 疲劳强度的平均应力修正模型

1．3．3 缺口疲劳强度及其近似计算公式

1．4 铝合金的腐蚀疲劳研究

1．4．1 铝合金的耐蚀性能

1．4．2 铝合金的腐蚀疲劳机理

1．4．3 铝合金的腐蚀疲劳影响因素

1．5 本文的主要研究工作

2 材料与试验方法

2．1 引言

2．2 试验材料

2．3 盐水腐蚀疲劳试验

2．4 试样的金相制备和腐蚀形貌观察

2．5 本章小结

3 盐水环境下2024-T351铝合金的疲劳力学行为

3．1 引言

3．2 铝合金的腐蚀疲劳循环特征

3．3 铝合金的腐蚀疲劳S-N曲线

3．4 铝合金的腐蚀疲劳p-S-N曲线

3．5 铝合金腐蚀疲劳寿命的平均应力修正

3．6 本章小结

4 盐水环境下2024-T351铝合金的缺口疲劳力学行为

4．1 引言

4．2 缺口试样腐蚀疲劳S-N曲线与p-S-N曲线

4．3 缺口对铝合金腐蚀疲劳强度的影响

4．4 铝合金的腐蚀疲劳缺口因子研究

4．5 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历