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拉壓疲勞載荷對地面停放腐蝕影響系數(shù)的影響研究

楊曉華，劉學(xué)君，張?zhí)┓?/p>

（海軍航空工程學(xué)院 青島校區(qū) 航空機械系，山東 青島，266041）

目的研究拉壓疲勞載荷對地面停放腐蝕影響系數(shù)的影響。方法首先編制加速腐蝕試驗環(huán)境譜進行預(yù)腐蝕試驗，隨后對預(yù)腐蝕后的試驗件加載拉壓疲勞載荷進行疲勞試驗，最后對預(yù)腐蝕疲勞試驗得到的壽命進行數(shù)據(jù)分析。結(jié)果疲勞載荷無論是拉還是壓，都不能改變預(yù)腐蝕后的疲勞試驗壽命服從對數(shù)正態(tài)分布的性質(zhì)，但是疲勞載荷以拉為主的機翼下壁板試驗件預(yù)腐蝕后，疲勞壽命的分散性隨試驗壽命的降低而降低，而疲勞載荷以壓為主的機翼上壁板結(jié)構(gòu)模擬件預(yù)腐蝕后，疲勞壽命的分散性基本不變。結(jié)論疲勞載荷以壓為主的機翼上壁板結(jié)構(gòu)模擬件的地面停放腐蝕影響系數(shù)不隨腐蝕年限的增加而變化，而疲勞載荷以拉為主的機翼下壁板試驗件的地面停放腐蝕影響系數(shù)隨腐蝕年限的增加而顯著降低。

當(dāng)量環(huán)境譜；腐蝕試驗；疲勞試驗；統(tǒng)計檢驗

在飛機結(jié)構(gòu)日歷壽命研究中，地面停放時間遠遠大于空中飛行時間，故地面停放時環(huán)境的腐蝕對結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的影響較為嚴(yán)重，因此，地面停放腐蝕影響系數(shù)（）的試驗研究尤為重要[1—4]。地面停放腐蝕影響系數(shù)被定義為疲勞關(guān)鍵件預(yù)腐蝕年后的疲勞壽命N與關(guān)鍵件無腐蝕時的疲勞壽命0之比，它是建立飛機機體結(jié)構(gòu)日歷壽命體系的關(guān)鍵[5—8]。合理編制加速腐蝕試驗環(huán)境譜是預(yù)腐蝕試驗的基礎(chǔ)。陳群志針對飛機結(jié)構(gòu)典型環(huán)境腐蝕當(dāng)量關(guān)系進行了研究[9]。楊曉華等基于加速腐蝕當(dāng)量關(guān)系，編制了某型飛機用加速腐蝕試驗環(huán)境譜[10]。基于預(yù)腐蝕疲勞試驗，確定隨腐蝕年限（）變化規(guī)律（-曲線）是確定地面停放腐蝕影響系數(shù)的有效方法。賀小帆等在研究曲線后指出在近似譜和等幅譜的作用下曲線的參數(shù)無顯著差異[11—12]。文中通過預(yù)腐蝕試驗與其后的疲勞試驗，研究拉壓載荷對地面停放腐蝕影響系數(shù)的影響，力圖減少日歷壽命研究中的試驗工作量。

1 試驗

1.1 試驗件

通常機翼結(jié)構(gòu)的上壁板以承受壓力為主，而下壁板則相反。文中選取某型機中外翼上緣條與過渡接頭連接區(qū)（以下簡稱模擬件1）和中外翼下緣條與過渡接頭連接區(qū)（以下簡稱模擬件2）為研究對象，并制成相應(yīng)的結(jié)構(gòu)模擬件。模擬件1，2的幾何尺寸如圖1所示，材料為1161T，1973T2和1933T3等三種俄進口鋁材料。

1.2 當(dāng)量加速腐蝕試驗

該型機的服役地區(qū)為沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)，高溫、潮濕、鹽霧和工業(yè)污染為該地區(qū)的主要環(huán)境特征，采用周期浸潤腐蝕試驗方法，分別按圖2表示的當(dāng)量加速譜對模擬件分組進行當(dāng)量加速0，5，10，15，20，25 a預(yù)腐蝕試驗。模擬件在當(dāng)量加速譜加速腐蝕1個周期相當(dāng)于在外場環(huán)境服役1年[6—7]。

1.3 腐蝕后的疲勞試驗

試驗譜以1000次飛行為一塊。在1 000次飛行中以單個飛行起落編排成飛-續(xù)-飛譜施加，以便更好地模擬地空地載荷。模擬件1和2的原始譜中共有26 729個循環(huán)，為了縮短試驗時間按等損傷的原則將譜中的小載荷向高載荷簡化，簡化后的載荷譜共有66個標(biāo)志不同飛行階段的譜段。兩個試驗件的總循環(huán)數(shù)分別為5 130和5 158個循環(huán)，有效地縮短了試驗時間。圖3為載荷譜的一個片段。疲勞試驗在MTS810電液伺服疲勞試驗機上進行，加載波形為正弦波，加載控制方式為Force控制。

1.4 試驗結(jié)果

文中結(jié)構(gòu)過渡區(qū)連接件采用螺栓連接，連接區(qū)域存有間隙，加速腐蝕試驗過程中，溶液會滲入螺栓和孔壁縫隙，造成螺栓和孔壁的電化學(xué)腐蝕，但不同年限預(yù)腐蝕后的疲勞破壞形式仍然都是孔邊角裂紋。疲勞試驗的結(jié)果見表1。

表1 疲勞試驗結(jié)果

2 疲勞試驗結(jié)果的統(tǒng)計分析

2.1 試驗結(jié)果的正態(tài)分布檢驗

利用SPSS統(tǒng)計軟件中的Explore功能進行正態(tài)分布檢驗。表2和表3分別為模擬件1和模擬件2在加速腐蝕0，5，10，15，20，25 a后的疲勞試驗結(jié)果Kolmogorov-Smirnov(a)和Shapiro-Wilk對數(shù)正態(tài)分布的檢驗表。

表2 模擬件1的正態(tài)分布檢驗

表3 模擬件2的正態(tài)分布檢驗

2.2 試驗均值的顯著性檢驗

利用SPSS統(tǒng)計軟件中的Compare means- Independent-Samples T Test功能進行樣本的顯著性檢驗，模擬件1和2的檢驗結(jié)果見表4和表5。

表4 模擬件1試驗均值的顯著性檢驗

表5 模擬件2試驗均值的顯著性檢驗

3 結(jié)論

1）由表2和表3可知，試驗結(jié)果的Kolmogorov- Smirnov(a)、Shapiro-Wilk檢驗其值均大于0.1，故接受0，即認(rèn)為預(yù)腐蝕前后的疲勞試驗結(jié)果均服從對數(shù)正態(tài)分布，無論其是以壓載荷為主還是以拉載荷為主。

2）通常預(yù)腐蝕可能增加疲勞試驗結(jié)果的分散性，而疲勞壽命的降低又使得分散性降低，因此試驗結(jié)果分散性的增加或降低取決于兩者斗爭的結(jié)果。以壓載荷為主的模擬件1的疲勞試驗結(jié)果的分散性并無顯著的變化，而以拉載荷為主的模擬件2由于其疲勞壽命顯著降低使得預(yù)腐蝕后的疲勞試驗結(jié)果分散性降低。

3）表4為以壓載荷為主的模擬件1的均值顯著性檢驗。方差齊性檢驗為方差齊（≥0.1），均值顯著性檢驗都在接受域內(nèi)（≥0.1）。因此在確定飛機結(jié)構(gòu)日歷壽命的研究中可以不考慮地面腐蝕環(huán)境對以壓載荷為主的機體壁板疲勞壽命的影響。

4）表5為以拉載荷為主的模擬件2的均值顯著性檢驗。除0年和5年的方差檢驗不齊外（≤0.05），其余檢驗結(jié)果均為方差齊，同樣除0年和5年的顯著性檢驗在接受域內(nèi)（=0.123≥0.1），其余均為拒絕（≤0.05）。盡管預(yù)腐蝕0年和5年后的疲勞試驗均值無顯著差異，但是檢驗的特點是接受是相對的拒絕是絕對的，這里不能無視0年和5年的均值相差為105.877 6-105.678 9=276 977循環(huán)，相當(dāng)于53.7×103飛行起落。因此在確定飛機結(jié)構(gòu)日歷壽命的研究中，必須考慮地面停放腐蝕環(huán)境對以拉載荷為主的機翼下壁板疲勞壽命的影響。文中根據(jù)試驗結(jié)果擬合得到的以拉為主的某型機中外翼下緣條與過渡接頭連接區(qū)接頭的曲線為：

[1] 張福澤. 飛機日歷翻修期與總?cè)諝v壽命確定方法和預(yù)計公式[J]. 航空學(xué)報, 2005, 26(4): 458—460.

[2] 劉文珽, 李玉海. 飛機結(jié)構(gòu)日歷壽命體系評定技術(shù)[M]. 北京: 航空工業(yè)出版社, 2004.

[3] ZHANG H H, PANG X, MENG Z, et al. The Behavior of Pre-corrosion Effect on the Performance of Imidazoline- based Inhibitor in 3wt.% NaCl Solution Saturated with CO2[J]. Applied Surface Science, 2015, 356: 63—72.

[4] ZHOU Song, WANG Lei, MA Chuang, et al. Fatigue Properties and Fracture Mechanism of Aluminum Alloy with Orifice Chamfer and Pre-corrosion Damage[J]. Journal of Materials Engineering, 2016, 44(6): 98—103.

[5] 楊曉華, 姚衛(wèi)星, 陳躍良. 考慮日歷環(huán)境影響的結(jié)構(gòu)日歷壽命研究[J]. 應(yīng)用力學(xué)學(xué)報, 2002, 19(3): 157—159.

[6] 李東帆. 飛機結(jié)構(gòu)的腐蝕與防護[J]. 裝備環(huán)境工程, 2016, 13(1): 57—61.

[7] LI S, TANG H, ZHANG X, et al. Fatigue Behavior of Precorrosion Deformed Bars[J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2014, 26(9): 646—649.

[8] MA S, HUI L, ZHOU S, et al. Influence of Corrosion Environments on Corrosion Fatigue Property of Pre-corroded Aluminum Alloy[J]. Cailiao Gongcheng[J]. Journal of Materials Engineering, 2015, 43(2): 91—95.

[9] 陳群志, 李喜明. 飛機結(jié)構(gòu)典型環(huán)境腐蝕當(dāng)量關(guān)系研究[J]. 航空學(xué)報, 1998, 19(4): 414—418.

[10] 賀小帆, 劉文珽, 向錦武. C-T曲線通用性分析和試驗研究[J]. 航空學(xué)報, 2005, 26(2): 184—189.

[11] 賀小帆, 劉文珽, 向錦武. 基于C-T曲線的加速腐蝕因子分析[J]. 機械強度, 2006, 28(6): 888—892.

[12] 賀小帆, 劉文珽, 王忠波, 等.預(yù)腐蝕對30CrMnSiNi2A連接件疲勞壽命影響的試驗研究[J]. 機械強度, 2009, 31(4): 664—669.

Influences of Pull and Press Fatigue Load the Corrosion Coefficient of Parking on the Ground

YANG Xiao-hua, LIU Xue-jun, ZHANG Tai-feng

(Machinery Department of Aerospace, Qingdao Branch of Naval Aeronautical Engineering Academy, Qingdao 266041, China)

Objective To study the influences of pull and press fatigue load on corrosion coefficient of parking on the ground. Methods Firstly, the accelerated corrosion test environment spectrum was drawn up to carry out pre-corrosion test. Secondly, a fatigue test of pre-corrosion specimens was done by applying pull and press fatigue loads. Finally, the fatigue life of pre corrosion fatigue test was analyzed. Results The fatigue life always followed the logarithmic normal distribution after pre-corrosion for pull fatigue load and press fatigue load. But the scatter of fatigue life for wing down-panels reduced with the decrease of fatigue life, and the scatter of fatigue life for the wing up-panels did not change. Conclusion The coefficient of the wing up-panels test sample does not change with the increase of the corrosion calendar life. But, the coefficient of the wing down-panels test sample descends with the increase of the corrosion calendar life..

equivalent environment spectrum; corrosion test; fatigue test; statistical test

10.7643/ issn.1672-9242.2017.03.003

TJ85；TG111.8；TB114.3

A

1672-9242(2017)03-0014-04

2016-12-21；

2017-01-15

總裝十二五預(yù)研項目（143092015）

楊曉華（1964—），男，江蘇啟東人，博士，教授，主要研究方向為飛機結(jié)構(gòu)壽命評定及結(jié)構(gòu)腐蝕疲勞。