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蚀坑等效为初始裂纹的疲劳寿命预测方法适用性分析

2022-06-07胡家林柳文林郁大照卞贵学

装备环境工程 2022年5期
关键词:裂纹方向有限元

胡家林,柳文林,郁大照,卞贵学

(海军航空大学,山东 烟台 264001)

蚀坑是飞机铝合金结构在服役过程中经常发生的腐蚀破坏形态,蚀坑的存在导致应力集中,加速了裂纹的萌生和扩展,对飞行安全构成严重威胁。由大量的试验观测可知,经受预腐蚀损伤的试验件在进行疲劳加载的时候,裂纹是从某个蚀坑处形成并扩展的。因此,许多学者对蚀坑与裂纹的等效性进行了研究,并将主导蚀坑等效成初始裂纹,用于预腐蚀结构疲劳寿命的预测。但是,随着腐蚀时间的延长、腐蚀损伤的加剧,该预测方法是否依然有效,这方面的研究相对较少。

本文首先对LY12CZ铝合金试验件进行预腐蚀试验,获得了不同损伤程度的点蚀试件,观测得到了蚀坑深度、分布密度等参数的变化。随后利用ANSYS软件对主导蚀坑处的应力变化情况进行研究,在此基础上,对将主导蚀坑作为唯一疲劳源的疲劳寿命计算方法进行适用性分析。最后,通过对比预腐蚀试验件疲劳寿命的计算值与试验值,验证前述适用性分析所得结论。

1 点蚀试验

1.1 试验件

试验件材料为航空LY12CZ铝合金,试验件表面形貌及几何尺寸如图1、图2所示。为了防止在腐蚀试验中非试验区域被腐蚀而影响测量结果,腐蚀试验前要对非试验区(试验件背面以及试验件夹持端)进行涂硅胶保护,待防腐蚀胶完全固化后,再进行腐蚀试验。

图1 试验件表面Fig.1 surface of specimen

图2 试验件尺寸Fig.2 Geometry of specimen

1.2 试验方案

考虑到飞机尤其是海洋环境下飞机服役实际情况的复杂性,参考文献[18]中加速试验环境谱编制需要遵循的3个原则。……

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