航空鋁合金材料低溫裂紋擴(kuò)展研究現(xiàn)狀與展望

劉牧東

(中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所 旋翼傳動(dòng)部，景德鎮(zhèn) 333001)

0 引 言

鋁合金材料因具有優(yōu)良的強(qiáng)度、剛度和斷裂韌性，被廣泛應(yīng)用于航空工程領(lǐng)域。在工程實(shí)踐中，航空器結(jié)構(gòu)內(nèi)部通常存在損傷，出現(xiàn)疲勞裂紋，結(jié)構(gòu)的整體承載能力會(huì)隨著裂紋擴(kuò)展而逐漸下降，從而對(duì)壽命和安全性造成影響。低溫是航空鋁合金材料服役中不可避免的環(huán)境因素，例如：飛機(jī)的真實(shí)工作環(huán)境為10 000 m左右的高空，其所處的大氣溫度為-40 ℃；在某些高海拔、高寒地區(qū)，航空器的工作溫度達(dá)到-60 ℃[1]。在低溫環(huán)境下，航空鋁合金材料的宏觀性能和微觀結(jié)構(gòu)常會(huì)發(fā)生改變，裂紋擴(kuò)展行為也有所不同[2-5]。然而，目前仍不能完全掌握低溫環(huán)境下裂紋擴(kuò)展行為的物理本質(zhì)和變化規(guī)律，受低溫環(huán)境的影響，材料的破壞過(guò)程短暫，發(fā)展迅速，并且沒(méi)有明顯的征兆，難以進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，需要深入研究和探索[6-7]。本文綜述航空鋁合金材料低溫裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)、失效機(jī)理、模型表征和壽命預(yù)測(cè)方面的研究成果，總結(jié)并展望需要進(jìn)一步探索的內(nèi)容，具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

1 航空鋁合金材料的發(fā)展

鋁合金材料廣泛應(yīng)用于航空飛行器結(jié)構(gòu)的制造，如機(jī)身的蒙皮、框架、壁板、油箱、發(fā)動(dòng)機(jī)和起落架等部件[8-9]。實(shí)際上，從20世紀(jì)30年代開(kāi)始，人們就嘗試用鋁合金材料制造航空器；20世紀(jì)50年代提高了鋁合金材料的比強(qiáng)度和比剛度；20世紀(jì)60～70年代提高了鋁合金材料的耐久性和損傷容限性能，開(kāi)發(fā)出針對(duì)7XXX系鋁合金材料的T73和T76熱處理技術(shù)，研制出7050鋁合金材料和高純鋁合金材料，大型客機(jī)上鋁合金的應(yīng)用比例如表1所示。鋁合金材料在B-747客機(jī)上的應(yīng)用如圖1所示，此后，鋁合金材料的發(fā)展趨勢(shì)逐漸加強(qiáng)，進(jìn)一步提高耐久性和損傷容限性能，開(kāi)發(fā)出高強(qiáng)、高韌和高抗腐蝕的新型鋁合金，并大量采用整體加工成型技術(shù)，保證航空器結(jié)構(gòu)安全性[10-11]。

表1 大型客機(jī)上鋁合金應(yīng)用比例

圖1 鋁合金材料在B-747客機(jī)上的應(yīng)用

在航空器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，按照傳統(tǒng)的靜強(qiáng)度和疲勞壽命設(shè)計(jì)不能保證航空器在全部使用壽命期內(nèi)的安全[12-13]，這是由于航空器結(jié)構(gòu)中常見(jiàn)的缺陷和損傷主要源自材料的加工和裝配，無(wú)論從選材、設(shè)計(jì)、加工和檢修等方面采取何種措施，想要完全避免損傷的出現(xiàn)幾乎不能實(shí)現(xiàn)[14]。飛機(jī)服役過(guò)程中承受循環(huán)載荷使損傷區(qū)域附近的疲勞裂紋由初始尺寸擴(kuò)展至臨界尺寸，從而導(dǎo)致災(zāi)難性的破壞。為此，把航空器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成容許承受定量損傷，并實(shí)施周期性檢查的損傷容限結(jié)構(gòu)，才能確保足夠的安全水平，損傷容限設(shè)計(jì)的基本思想[12-13]如圖2所示。

受加載狀態(tài)、外部環(huán)境和內(nèi)在缺陷等諸多因素的影響，航空鋁合金材料的裂紋擴(kuò)展行為常發(fā)生改變，作用機(jī)理也比較復(fù)雜，由于斷裂失效而引發(fā)的事故給人們的財(cái)產(chǎn)和生命安全造成了危害[15-17](如圖3所示)。為此，航空部門一直關(guān)注著航空器結(jié)構(gòu)的損傷容限設(shè)計(jì)，確定裂紋擴(kuò)展壽命，并給出結(jié)構(gòu)的首翻期和檢修周期，以防止斷裂失效事故的發(fā)生。其中，研究航空鋁合金材料的裂紋擴(kuò)展行為在結(jié)構(gòu)可靠性分析中占有重要地位，是保證航空器飛行安全必不可少的內(nèi)容[12,14,18]。

圖2 損傷容限設(shè)計(jì)基本思想

(a) F-111機(jī)翼接頭疲勞失效

(b) B-737機(jī)身蒙皮疲勞失效

(c) MD-500尾段縱梁疲勞失效

2 低溫裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)和失效機(jī)理

2.1 低溫裂紋擴(kuò)展行為試驗(yàn)

低溫下航空鋁合金材料的裂紋擴(kuò)展行為測(cè)試受到人們的關(guān)注，進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，通過(guò)試驗(yàn)了解低溫對(duì)材料斷裂門檻值、斷裂韌性、裂紋擴(kuò)展速率和裂紋擴(kuò)展壽命的影響。

(1) 斷裂門檻值和斷裂韌性

(2) 裂紋擴(kuò)展速率和裂紋擴(kuò)展壽命

呂寶桐等[24]在常溫、213 K和153 K低溫環(huán)境下對(duì)航空鋁合金材料LY12CZ進(jìn)行裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，加載應(yīng)力比為0.1，頻率為18 Hz，結(jié)果表明：隨著溫度降低，LY12CZ的裂紋擴(kuò)展速率減慢，其中，近門檻區(qū)的裂紋擴(kuò)展速率下降更明顯，而隨著應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔK的提高，低溫對(duì)材料裂紋擴(kuò)展速率的抑制作用減弱。張福澤等[25]在-40 ℃低溫和25 ℃常溫環(huán)境下對(duì)兩種常用航空鋁合金材料LY12CZ和LC4CS進(jìn)行裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，測(cè)定裂紋擴(kuò)展性能a-N曲線和da/dN-ΔK曲線，試驗(yàn)結(jié)果表明：-40 ℃低溫環(huán)境下，材料的拉伸強(qiáng)度提高，裂紋擴(kuò)展速率減慢，引起裂紋擴(kuò)展性能相應(yīng)的提高，并且航空鋁合金材料的低溫裂紋擴(kuò)展壽命較常溫延長(zhǎng)。葉序彬等[1]在25 ℃常溫和-40 ℃低溫環(huán)境下對(duì)LY12CZ和LC4CS鋁合金進(jìn)行裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，結(jié)果表明：在-40 ℃低溫環(huán)境下，兩種鋁合金的裂紋擴(kuò)展性能da/dN-ΔK曲線均高于常溫，裂紋擴(kuò)展壽命更長(zhǎng)，低溫對(duì)鋁合金材料裂紋擴(kuò)展行為產(chǎn)生有益影響。J.T.Burns等[26]在23 ℃常溫和-50 ℃低溫環(huán)境下，試驗(yàn)研究了7075-T651和7050-T7451鋁合金的微裂紋擴(kuò)展行為，結(jié)果表明：溫度降低時(shí)材料的微尺寸擴(kuò)展速率降低至原來(lái)的一半，說(shuō)明低溫環(huán)境有利于提高鋁合金的裂紋擴(kuò)展性能。宋千光等[4]在-54 ℃、25 ℃和125 ℃溫度下對(duì)7475-T761航空鋁合金進(jìn)行裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)(如圖4所示)，加載應(yīng)力比為0.06和0.5。

(a) 試驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)

試驗(yàn)結(jié)果表明：7475-T761鋁合金材料的裂紋擴(kuò)展速率隨著溫度的降低而減慢；但在裂紋快速擴(kuò)展階段，低溫對(duì)裂紋擴(kuò)展速率的抑制作用減弱，且裂紋擴(kuò)展速率曲線有相交的趨勢(shì)。

上述研究表明：低溫環(huán)境下航空鋁合金材料的斷裂門檻值提高，斷裂韌性得到改善，且近門檻區(qū)的裂紋擴(kuò)展速率下降明顯；低溫對(duì)航空鋁合金材料的裂紋擴(kuò)展壽命產(chǎn)生有益影響。

2.2 低溫?cái)嗔咽C(jī)理

通常裂紋擴(kuò)展斷口表面存有一些關(guān)于形貌特征的有效信息，例如臺(tái)階、疲勞條帶、二次裂紋和韌窩等(如圖5所示)，可用來(lái)指示裂紋的演變過(guò)程及其失效斷裂形式。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，常采用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)技術(shù)分析航空鋁合金斷口微觀形貌，探尋低溫引起的晶體結(jié)構(gòu)、臺(tái)階、二次裂紋和韌脆轉(zhuǎn)變等機(jī)理的改變。

(1) 晶體尺寸和結(jié)構(gòu)

T.Yuri等[27]和P.Das等[28]對(duì)鋁合金低溫疲勞試樣進(jìn)行斷口金相分析，結(jié)果表明：低溫環(huán)境能顯著抑制晶粒的生長(zhǎng)和動(dòng)態(tài)恢復(fù)，促進(jìn)高角度晶界和超細(xì)晶的形成，從而提高材料的拉伸強(qiáng)度和抵抗裂紋擴(kuò)展能力。C.Gasquères等[29]根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)特征，將鋁合金的裂紋擴(kuò)展過(guò)程劃分為3個(gè)階段：形成定向單晶的Ⅰ階段，逐漸形成多晶體的Ⅱ階段，以及出現(xiàn)沉積物的類I階段。觀察發(fā)現(xiàn)：常溫下鋁合金裂紋擴(kuò)展斷口符合Ⅱ階段特征，而在-50 ℃低溫環(huán)境下，斷面表面符合類Ⅰ階段特征；隨著溫度的降低，鋁合金斷口形貌逐漸由平滑規(guī)則轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨冉Y(jié)晶。P.Das等[22]發(fā)現(xiàn)在低溫環(huán)境下，7075鋁合金裂紋擴(kuò)展試樣表面出現(xiàn)超細(xì)晶，應(yīng)力分布和變形更均勻，抵抗裂紋擴(kuò)展能力增強(qiáng)。

(c)二次裂紋

(d) 脆性特征

(e)韌窩

(2) 臺(tái)階和裂紋閉合

宋千光等[4]對(duì)航空鋁合金材料進(jìn)行斷口金相分析，結(jié)果表明：低溫下斷口表面的臺(tái)階特征顯著，疲勞條帶參差不規(guī)則；在相同應(yīng)力強(qiáng)度因子條件下，疲勞條帶的寬度隨著溫度的降低而減小，說(shuō)明相同的應(yīng)力強(qiáng)度因子下，鋁合金材料的裂紋擴(kuò)展速率隨著溫度的降低而減慢。呂寶桐等[24]研究發(fā)現(xiàn)：低溫環(huán)境下LY12CZ鋁合金斷口表面不規(guī)整程度提高，裂紋閉合增強(qiáng)，可以觀察到明顯的由裂紋閉合引起的表面擠壓痕跡。

(3) 二次裂紋和H+含量

V.K.Sahu等[30]對(duì)斷口金相分析發(fā)現(xiàn)：低溫環(huán)境下，2024-T3鋁合金斷口表面出現(xiàn)大量的二次裂紋特征，二次裂紋主要垂直于材料的主裂紋擴(kuò)展方向，有利于降低應(yīng)力強(qiáng)度因子，使鋁合金材料的低溫裂紋擴(kuò)展速率減慢。此外，張福澤等[25]還對(duì)LY12CZ和LC4CS航空鋁合金裂紋擴(kuò)展試樣進(jìn)行斷口金相分析，結(jié)果表明：低溫下裂紋尖端的H+含量減少，氫化學(xué)反應(yīng)減弱，裂紋擴(kuò)展速率降低。J.T.Burns等[26]研究發(fā)現(xiàn)：低溫環(huán)境能延緩水分子向裂紋尖端遷移并減慢析氫速度，使裂尖塑性區(qū)處于欠氫狀態(tài)，氫反應(yīng)減弱，材料的裂紋擴(kuò)展壽命延長(zhǎng)。

(4) 韌脆轉(zhuǎn)變

M.E.Shank[31]研究發(fā)現(xiàn)：隨著溫度的降低，鋁合金塑性變形減弱，失效形式也由塑性穿晶向脆性沿晶或晶界分離轉(zhuǎn)變，此時(shí)材料出現(xiàn)韌脆轉(zhuǎn)變，對(duì)應(yīng)的臨界溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。A.Carpinteri等[32]在20 ℃常溫和-20 ℃低溫環(huán)境下開(kāi)展鋁合金薄板的裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，斷口金相分析表明：隨著溫度的降低，鋁合金的失效形式由塑性失效轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈允А.Ma等[33]的斷口金相分析表明：低溫下斷口表面的脆裂特征明顯，主要失效形式為脆性斷裂失效。

綜上所述，在微觀尺度上，低溫環(huán)境會(huì)引起航空鋁合金高度結(jié)晶，斷口表面臺(tái)階特征明顯，凹凸不平，裂紋閉合效應(yīng)增強(qiáng)。在裂紋尖端，低溫下H+的含量減少，化學(xué)反應(yīng)減弱，且出現(xiàn)垂直于擴(kuò)展方向的二次裂紋，裂紋擴(kuò)展速率減慢。此外，低溫還促使航空鋁合金材料的失效形式由塑性向脆性轉(zhuǎn)變。

3 低溫裂紋擴(kuò)展模型表征和壽命評(píng)估方法

3.1 低溫裂紋擴(kuò)展模型表征方法

航空鋁合金材料的低溫裂紋擴(kuò)展性能通常從宏觀和微觀兩個(gè)層次進(jìn)行表征。

(1) 宏觀層次

宏觀層次上，常基于Paris模型表征鋁合金材料的低溫裂紋擴(kuò)展性能：

da/dN=C·ΔKm

(1)

呂寶桐等[24,34]考慮溫度對(duì)斷裂門檻值的影響，在Paris模型基礎(chǔ)上，提出了表征低溫裂紋擴(kuò)展性能的修正模型：

da/dN=B(ΔK-ΔKth,0)2

(2)

模型的分析結(jié)果表明：隨著溫度的降低，斷裂門檻值ΔKth,0提高，而速率系數(shù)B減小，與原模型相比，修正Paris模型的壽命預(yù)測(cè)精度更高。P.Das等[28]采用Paris模型擬合不同應(yīng)力比加載下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：環(huán)境溫度由常溫下降至-150 ℃低溫時(shí)，Paris模型的指數(shù)m明顯減小，而阻力系數(shù)C變化不大，材料的裂紋擴(kuò)展速率減慢；Paris模型未能考慮載荷順序效應(yīng)影響，引起變幅加載下裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)結(jié)果的偏差。李礦等[35]采用Paris模型表征了航空鋁合金在25 ℃常溫、-54 ℃和-70 ℃低溫環(huán)境下的裂紋擴(kuò)展性能，Paris模型能有效反映鋁合金的低溫裂紋擴(kuò)展性能規(guī)律，與25 ℃常溫相比，-54 ℃和-70 ℃低溫下的裂紋擴(kuò)展指數(shù)m增加了7%～21%，而對(duì)數(shù)阻力系數(shù)lgC降低了7%～15%。

(2) 微觀層次

微觀層次上，考慮能量原理和氫擴(kuò)散抑制效應(yīng)構(gòu)建表征模型。A.Carpinteri等[36]建立了材料微觀尺度的球型等效單元模型，假設(shè)材料由球型等效單元耦合而成的整體。考慮到低溫下鋁合金脆性顯著，釋放的彈性能可以忽略，根據(jù)Griffith能量原理計(jì)算材料的應(yīng)變能變化，并借助球型等效單元模型預(yù)測(cè)低溫?cái)嗔秧g性，探尋低溫環(huán)境對(duì)裂紋擴(kuò)展性能的影響，模型有效性在低溫試驗(yàn)測(cè)試中得到了驗(yàn)證。J.T.Burns等[37]認(rèn)為鋁合金材料的低溫裂紋擴(kuò)展速率由內(nèi)在因素和外部環(huán)境兩部分構(gòu)成：

da/dN=(da/dN)in+(da/dN)cf

(3)

低溫環(huán)境下水分子向裂紋尖端遷移減慢，裂尖H+擴(kuò)散受到抑制，考慮這一因素的影響修正低溫裂紋擴(kuò)展速率(da/dN)cf，并預(yù)測(cè)壽命，具有可接受的計(jì)算精度。

但考慮能量原理和氫擴(kuò)散抑制效應(yīng)構(gòu)建表征模型的局限性強(qiáng)，且需要大量數(shù)據(jù)確定參數(shù)，限制了工程上的應(yīng)用。而Paris模型是表征低溫裂紋擴(kuò)展性能的常用模型，考慮低溫環(huán)境的影響修正阻力系數(shù)、指數(shù)和斷裂門檻值，能有效反映航空鋁合金材料低溫裂紋擴(kuò)展行為及其變化規(guī)律。

3.2 低溫裂紋擴(kuò)展壽命評(píng)估方法

航空鋁合金材料的低溫裂紋擴(kuò)展壽命通常采用不考慮載荷順序效應(yīng)的線性累積損傷法和考慮載荷順序效應(yīng)的累加求和法進(jìn)行評(píng)估(如圖6所示)。

圖6 低溫裂紋擴(kuò)展壽命評(píng)估方法

(1) 線性累積損傷法

T.Christopher等[38]考慮低溫環(huán)境影響對(duì)失效應(yīng)力進(jìn)行修正，建立了應(yīng)力強(qiáng)度因子-失效應(yīng)力Kmax-σf曲線模型，使用牛頓迭代算法求解，之后采用線性累積損傷理論評(píng)估裂紋擴(kuò)展壽命，結(jié)果顯示：在-253 ℃低溫環(huán)境下，鋁合金材料低溫裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)結(jié)果的相對(duì)偏差為7%。

(2) 累加求和法

A.Carpinteri等[32]提出了一種考慮裂紋擴(kuò)展路徑的壽命評(píng)估方法：給定初始裂紋尺寸及其方向，考慮低溫環(huán)境的影響，計(jì)算每個(gè)載荷循環(huán)的裂紋擴(kuò)展增量和角度，如此循環(huán)往復(fù)，累加求和直至擴(kuò)展結(jié)束。分別選取30°、45°和90°的初始裂紋方向，在20 ℃常溫和-20 ℃低溫環(huán)境下進(jìn)行累加求和計(jì)算，裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)偏差不大。S.K.Kim等[39]基于彈塑性理論對(duì)裂紋擴(kuò)展過(guò)程的應(yīng)變能進(jìn)行累加求和計(jì)算：給定初始時(shí)的硬化變量和應(yīng)變能，計(jì)算每個(gè)應(yīng)力循環(huán)下的增量以及當(dāng)前裂紋尺寸對(duì)應(yīng)的塑性應(yīng)變，如此循環(huán)往復(fù)累加求和，當(dāng)應(yīng)變能達(dá)到或超過(guò)臨界值時(shí)發(fā)生斷裂失效，該評(píng)估方法的有效性在低溫裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)中得到了驗(yàn)證。

此外，相關(guān)學(xué)者還借助有限元仿真技術(shù)分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展行為，使用ANSYS、ABAQUS和FRANC 2D等軟件計(jì)算低溫環(huán)境下應(yīng)力場(chǎng)分布，編寫用戶子程序獲取殘余應(yīng)力、應(yīng)力集中系數(shù)和應(yīng)力強(qiáng)度因子等參數(shù)，模擬低溫裂紋擴(kuò)展過(guò)程并預(yù)測(cè)壽命，為復(fù)雜結(jié)構(gòu)低溫裂紋擴(kuò)展壽命評(píng)估提供幫助[40-42]。

線性累積損傷法和累加求和法是航空鋁合金材料低溫裂紋擴(kuò)展壽命評(píng)估的兩種常用方法，其中，線性累積損傷法計(jì)算簡(jiǎn)單、方便實(shí)用；而累加求和法考慮了載荷順序效應(yīng)的影響，可以模擬裂紋擴(kuò)展的方向和路徑，預(yù)測(cè)結(jié)果更真實(shí)。

4 航空鋁合金材料低溫裂紋擴(kuò)展研究展望

針對(duì)航空鋁合金材料低溫裂紋擴(kuò)展行為，可從以下4個(gè)方面進(jìn)一步研究和探索。

(1) 開(kāi)展變幅加載下低溫裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)

目前，大量的低溫裂紋擴(kuò)展研究在航空鋁合金材料上展開(kāi)，但上述工作主要側(cè)重于研究恒幅加載下的低溫裂紋擴(kuò)展行為，而變幅加載下的低溫裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)較少。為此，可以選取變幅載荷、甚至實(shí)測(cè)飛行載荷譜(如圖7所示)進(jìn)行加載，以貼近真實(shí)服役狀態(tài)，試驗(yàn)測(cè)試裂紋擴(kuò)展性能，對(duì)比分析變幅加載中的載荷順序效應(yīng)和低溫環(huán)境效應(yīng)對(duì)裂紋擴(kuò)展行為的影響。

圖7 實(shí)測(cè)飛行載荷譜

(2) 進(jìn)行斷口金相定量分析

目前對(duì)鋁合金低溫裂紋擴(kuò)展試樣的斷口金相分析通常為定性研究，很少進(jìn)行定量研究，難以確切闡述低溫下微觀機(jī)理的改變。考慮這一點(diǎn)，可以進(jìn)一步定量確定低溫環(huán)境下斷口表面的微觀尺寸(如晶粒、晶界、初始裂紋、滑移帶和韌窩等)，通過(guò)微觀尺寸與擴(kuò)展速率間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，反推低溫裂紋擴(kuò)展的演變過(guò)程，為航空器故障分析及維護(hù)提供幫助。

(3) 完善低溫裂紋擴(kuò)展性能表征模型

航空鋁合金材料的服役歷程通常為隨機(jī)載荷加載，包含大量不同的應(yīng)力循環(huán)，低溫裂紋擴(kuò)展速率也會(huì)在較大范圍內(nèi)變化，而目前常用的裂紋擴(kuò)展速率模型尚不能較好反映這一特性。為此，可在G.G.Trantina等[43]與E.K.Walker[44]提出的模型基礎(chǔ)上，同時(shí)考慮應(yīng)力比和斷裂門檻值的影響構(gòu)建模型，以表征不同應(yīng)力比加載下近門檻區(qū)和穩(wěn)定擴(kuò)展區(qū)的低溫裂紋擴(kuò)展性能。在此基礎(chǔ)上，可進(jìn)一步考慮變幅加載下的載荷順序效應(yīng)，參考遲滯模型對(duì)過(guò)載塑性區(qū)的修正方法[5]，采用累加求和法計(jì)算，提高低溫裂紋擴(kuò)展壽命預(yù)測(cè)的精度。

(4) 評(píng)估低溫環(huán)境下首翻期和檢修周期

在實(shí)測(cè)飛行載荷譜下開(kāi)展低溫裂紋擴(kuò)展性能測(cè)試，在此基礎(chǔ)上考慮含損傷結(jié)構(gòu)疲勞裂紋形成和擴(kuò)展的全過(guò)程，可以建立結(jié)構(gòu)安全耐久性模型[18]，合理地評(píng)估低溫高寒環(huán)境下航空鋁合金結(jié)構(gòu)的首翻期和檢修周期，為保障航空器安全水平提供技術(shù)支持。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)航空鋁合金材料的低溫裂紋擴(kuò)展行為，本文主要從試驗(yàn)、失效機(jī)理、模型表征和壽命評(píng)估4個(gè)方面進(jìn)行分析，表明低溫環(huán)境下航空鋁合金材料的裂紋擴(kuò)展性能改善，低溫對(duì)裂紋擴(kuò)展壽命產(chǎn)生有益影響。這些研究成果幫助人們認(rèn)識(shí)航空鋁合金材料的低溫裂紋擴(kuò)展特性及變化趨勢(shì)，為低溫環(huán)境下裂紋擴(kuò)展性能評(píng)估、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化和檢修維護(hù)提供技術(shù)支持。然而，由于航空鋁合金低溫裂紋擴(kuò)展行為復(fù)雜，影響因素多，目前尚未完全認(rèn)清和掌握，需要進(jìn)一步探索。相信通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合的方法，今后對(duì)于航空鋁合金低溫裂紋擴(kuò)展行為的理解將會(huì)有更為深刻，從而有效減少因低溫失效引發(fā)事故所造成的損失。