张福泽空军装备研究院 航空装备研究所， 北京 100076

金属材料日历寿命确定的分散系数和取值

张福泽*
空军装备研究院 航空装备研究所， 北京 100076

研究了在日历寿命确定中的分散性问题，通过对金属腐蚀试验数据分布规律的研究，选定了符合这种规律的分散系数计算模型；通过这些腐蚀试验数据，计算出已试验材料的标准差；通过给出的标准差计算出腐蚀试验用的分散系数的取值。

金属腐蚀； 日历寿命； 标准差； 分散系数； 腐蚀试验

众所周知，在金属腐蚀日历寿命的确定中，需要进行大量的腐蚀试验。这些腐蚀试验数据，也与疲劳试验数据一样，存在着一定的分散性。在疲劳领域里，为了降低这种分散性给疲劳寿命确定带来的不可靠性，引进了具有高可靠度和高置信度的分散系数，用疲劳试验平均寿命除以这个分散系数，即可得到高可靠度、高置信度的疲劳安全寿命。

目前，国内外在金属腐蚀日历寿命确定中，尚没有一套有效可用的方法。文献[1-7]给出了金属腐蚀日历寿命确定的一套方法和预计模型，已取得有效的试验验证。但文献中没有给出如何解决由于腐蚀试验数据的分散引起日历寿命不可靠的问题。本文为了解决这一问题，在金属日历寿命的确定中，也像确定疲劳寿命一样，引入分散系数的概念，即用具有高可靠度、高置信度的分散系数除以腐蚀试验结果的平均值，获得高可靠度和高置信度的日历寿命。本文在这一命题上，研究了如下3方面的问题：① 研究和分析腐蚀试验数据的分布规律，从而选择符合这种分布规律的分散系数计算模型；② 研究与计算可反映一些金属材料的腐蚀试验数据分散性的标准差；③ 计算给出具有高可靠度、高置信度的分散系数取值。

1 某些航空材料的腐蚀试验数据分布规律和腐蚀分散系数计算模型

1.1 LY12CZ铝合金最大腐蚀深度的分布规律

图1 腐蚀深度的频数分布图

Fig.1 Frequency distribution figure of corrosion depth

笔者于2000年委托北京航空材料研究院测试3种航空材料的T-H(腐蚀温度-时间)曲线时，对LY12CZ材料的腐蚀深度t的分布规律进行了研究[8]。用LY12CZ板材，每组5个试件，在28 ℃ 的EXCO溶液中，试验72 h，每个试件共测得25个区域的最大腐蚀深度，研究最大腐蚀深度的分布规律。它们的频数分布图如图1所示。各数据点在正态概率坐标系中近似呈一直线，置信度r=0.989 7，这说明LY12CZ铝合金板材的最大腐蚀深度符合正态分布。有关航空材料腐蚀深度符合正态分布的研究亦比较多，如文献[9]中对LY12CZ和7075T7351铝合金的腐蚀深度分布规律进行了研究，其结果也是符合正态分布规律。

1.2 腐蚀分散系数的模型选择

众所周知，疲劳分散系数计算模型式(1)适用于疲劳试验寿命符合正态或对数正态分布规律的公式[10-11]。

(1)

式中：Lf为疲劳分散系数；up和ur分别为与可靠度和置信度有关的标准正态偏量系数；S为寿命标准差；n为试件个数。

1.1节研究最大腐蚀深度分布规律的目的就是为了与疲劳分散系数比较，研究是否可以直接引入疲劳分散系数计算模型。在飞机腐蚀日历寿命的确定中，机体腐蚀深度(或失重)通常是度量日历寿命的尺度，腐蚀深度的分布规律，也就代表了日历寿命的分布规律。这样可以说，腐蚀日历寿命与疲劳寿命一样，也遵循正态分布规律，因此适用于正态分布规律的疲劳分散系数公式(式(1))，也可作为腐蚀日历寿命分散系数计算公式，不过，此处的S应为腐蚀深度(或失重)的标准差。为了方便，以下将腐蚀深度和失重统称腐蚀损伤。

2 腐蚀损伤标准差的计算公式和取值

2.1 腐蚀损伤标准差的模型选择

由于腐蚀损伤标准差的计算与疲劳试验数据标准差的计算是一致的，因此可选常用的标准差计算公式：

(2)

式中：xi为腐蚀深度(或失重)的第i个测量值。

2.2 腐蚀损伤标准差的取值

1) 30CrMnSiA钢腐蚀损伤标准差的取值

表1 30CrMnSiA钢在-25 ℃下的腐蚀试验数据

表2 30CrMnSiA钢在0 ℃下的腐蚀试验数据

2) LY12CZ和7075T7351铝合金腐蚀深度标准差的取值

表3 30CrMnSiA钢在5 ℃下的腐蚀试验数据

表4 30CrMnSiA钢在28 ℃下的腐蚀试验数据

表5 30CrMnSiA钢在60 ℃下的腐蚀试验数据

3 金属腐蚀日历寿命分散系数的取值

前面研究了30CrMnSiA、LY12CZ和7075T7351这3种航空材料与日历寿命相关的腐蚀失重(或腐蚀深度)的标准差，这为计算分散系数提供了基础数据。现取式(1)中的ur=1.282(对应置信度为90%)，n=5，求得的标准差为0.049 8、0.081 19，分别计算不同可靠度(99.87%、99%和95%)的分散系数,如表8和表9所示。

表6 LY12CZ样件的腐蚀试验深度

表7 7075T7351样件的腐蚀试验深度

表8 118个30CrMnSiA样件的腐蚀分散系数

Table 8 Corrosion scatter factor of 118 samples (30CrMnSiA)

ReliabilityBelievablenSLf99.87%(up=-3.000)90%(ur=1.282)50.04981.5199%(up=-2.236)90%(ur=1.282)50.04981.4095%(up=-1.645)90%(ur=1.282)50.04981.29

表9 100个腐蚀深度的腐蚀分散系数(LY12CZ和7075T7351)

Table 9 Corrosion scatter factor of 100 corrosion depth (LY12CZ and 7075T7351)

ReliabilityBelievablenSLf99.87%(up=-3.000)90%(ur=1.282)50.081991.9599%(up=-2.236)90%(ur=1.282)50.081991.7295%(up=-1.645)90%(ur=1.282)50.081991.52

4 讨论与结论

1) 通过对LY12CZ铝合金材料腐蚀试验的研究，得出腐蚀深度t遵循正态分布的规律。由此分布规律，选择了腐蚀日历寿命分散系数计算公式(式(1))。

4) 由于金属腐蚀是比较缓慢的，而且比较好检查，因此认为，腐蚀试验用的分散系数的可靠度可以比疲劳试验用的疲劳分散系数的可靠度低一些，是99%还是95%，可以讨论。如果取99%，则腐蚀试验用的分散系数在1.4～1.7之间(平均为1.55)；如果取95%，则腐蚀试验用的分散系数在1.29～1.52之间(平均为1.40)。

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张福泽 男， 中国工程院院士。主要研究方向： 飞机寿命。

Tel: 010-66713310

E-mail: zhangfuzemail@163.com

Received： 2015-09-30； Revised： 2015-10-26； Accepted： 2015-12-01； Published online： 2015-12-23 10:20

URL： www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20151223.1020.002.html

*Corresponding author. Tel.： 010-66713310 E-mail: zhangfuzemail@163.com

Scatter factor and values of metallic calendar life

ZHANG Fuze*

AeronauticalArmamentsResearchInstitute,EquipmentAcademyofAirForce,Beijing100076,China

This paper studies the scatter factor of calendar life, and through research on the distribution regularities of the test data of metallic corrosion, a calculation model of scatter factor which is in consistence of the regularities is determined. Standard deviation is calculated through the corrosion test data. Scatter factor value used in corrosion test is calculated by the given standard deviation.

metallic corrosion; calendar life; standard deviation; scatter factor; corrosion test

2015-09-30；退修日期：2015-10-26；录用日期：2015-12-01； < class="emphasis_bold">网络出版时间：

时间： 2015-12-23 10:20

www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20151223.1020.002.html

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张福泽． 金属材料日历寿命确定的分散系数和取值[J]． 航空学报, 2016, 37(2): 397-403. ZHANG F Z. Scatter factor and values of metallic calendar life[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2016, 37(2): 397-403.

http://hkxb.buaa.edu.cn hkxb@buaa.edu.cn

10.7527/S1000-6893.2015.0327

V215.5

：A

： 1000-6893(2016)02-0397-07

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