预腐蚀7075-T7651铝合金疲劳失效的实验表征与建模分析

发布时间：2024-12-01 23:08

　　由于强度高、密度低等优点,铝合金在机身蒙皮、桁条等重要部件中被广泛使用。然而,铝合金零部件在飞机运行过程中经常受环境作用而产生局部腐蚀(剥落腐蚀、点蚀等),进而在疲劳载荷作用下加快裂纹的萌生和扩展,导致飞机结构失效。因此,研究预腐蚀航空铝合金的疲劳失效具有重要的意义。本文针对预腐蚀铝合金的疲劳失效进行实验表征与建模分析,首先进行了预腐蚀7075-T7651铝合金的宏观疲劳实验,基于数字图像相关(DIC)技术观测试件疲劳损伤演化过程,结合损伤程度曲线和应变云图演化描述损伤累积、宏观裂纹的萌生和扩展;利用扫描电子显微镜(SEM)针对宏观裂纹萌生区域中的微观特征进行了微观断口分析。实验观察发现,在L-S或L-T表面的局部腐蚀促进了疲劳裂纹成核,影响了裂纹的成核位置、扩展路径并且伴随着氢脆现象。局部腐蚀程度的分散性导致试件的损伤演化和失效过程存在时空差异性。实验存在多裂纹萌生扩展现象,呈现了三种典型的失效模式(单裂纹断裂、多裂纹竞争以及多裂纹平行扩展),不同的失效模式是由加载条件和主裂纹源的相对位置共同决定的。论文进一步结合扫描电镜原位(in-situ SEM)疲劳实验和扫描电镜断口观测,分析了...

【文章页数】：66 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1(a)飞机用铝材部分示意图；(b)飞机零部件剥落腐蚀现象；(c)疲劳引发阿罗哈空难在飞机服役期间，飞机零部件受到环境腐蚀和疲劳载荷的协同作用

中国民航大学硕士学位论文1第1章绪论1.1研究背景及意义铝合金（AA）是现役航空器的主要结构材料之一，由于材料具有高强度和低密度的优势，被广泛用于机身结构、飞机壁板和机翼等部件[1]，如图1-1(a)所示。在空客A380中铝合金用材质量占比高达61%，占机翼用材重量的80%。图1....

图1-2潮湿环境下7075-T651铝合金疲劳断口形貌：(a,b)未腐蚀试件的裂纹前缘形貌；(c,d)预腐蚀试件的裂纹前缘特征[13]

中国民航大学硕士学位论文3测，研究了腐蚀对6151铝合金疲劳微裂纹萌生和早期扩展行为的可靠性影响，强调了表面腐蚀坑相互作用对裂纹扩展的重要性[21]。Wang等学者对2024铝合金板材进行了空气、预腐蚀和3.5%NaCl溶液中的疲劳裂纹扩展试验和断口观察，发现预腐蚀条件相对于空气....

图1-3不同加载条件下的应力-寿命曲线和应变寿命曲线[27]

中国民航大学硕士学位论文4环软化-循环硬化的现象[25]。Burns等利用疲劳裂纹标记带精确地量化形成10-20μm裂纹时的循环周次，该数值随外加应力的增加而降低[26]。Liu等人开展了NaCl溶液浸泡腐蚀AA2024-T62的不同应力比疲劳测试，发现预腐蚀试件在应力比为-1时....

图1-4利用AFGROW进行疲劳寿命计算：模型示意图（上）和不同模型裂纹长度曲线（下）[9]

中国民航大学硕士学位论文6的7010-T7651进行了疲劳裂纹扩展和寿命试验，并用扫描电镜测量萌生裂纹的腐蚀坑尺寸参数。对这些数据进行统计分析建立了疲劳寿命与蚀坑宽度、深度、面积、应力比之间的多元线性回归方程来预测疲劳寿命，结果发现凹坑面积对疲劳寿命的作用最大，深度和宽度的影响均....

本文编号：4013899