飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕損傷概率模型研究

羊洋 楊雯心

摘要：在外場現(xiàn)役飛機(jī)檢測到腐蝕時，應(yīng)立即技術(shù)處理腐蝕部位，使很難在同一個地方從飛機(jī)的同一部分獲得了腐蝕坑深度發(fā)展的數(shù)據(jù)。對航空公司提供的運(yùn)行條件下結(jié)構(gòu)腐蝕損傷數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并確定工作環(huán)境下腐蝕損傷的分布規(guī)律，可以提高現(xiàn)場腐蝕測量數(shù)據(jù)應(yīng)用的可靠性。為了解釋腐蝕對結(jié)構(gòu)材料疲勞性能的影響，介紹了飛機(jī)結(jié)構(gòu)中損傷概率的模型研究。

關(guān)鍵詞：腐蝕;等效腐蝕損傷;統(tǒng)計(jì)分析

優(yōu)質(zhì)鋁合金是現(xiàn)役飛機(jī)和許多抗腐蝕的超高強(qiáng)度鋁合金的主要結(jié)構(gòu)材料。如沿海和海上使用的飛機(jī)容易受到腐蝕，特別是因?yàn)榄h(huán)境溫度和濕度。這不僅影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)的使用壽命，而且對飛機(jī)的飛行安全構(gòu)成重大的安全風(fēng)險。受經(jīng)濟(jì)因素的影響，一些老齡飛機(jī)在服役期滿后繼續(xù)運(yùn)行，腐蝕損傷是老齡飛機(jī)安全的重要因素之一。由于結(jié)構(gòu)腐蝕損壞，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的初始裂紋可能會很早出現(xiàn)。同時，裂紋拉伸速度增加，結(jié)構(gòu)件的使用壽命大大縮短。

一、腐蝕原因分析

1.結(jié)構(gòu)缺陷。雖然早期開發(fā)的軍用飛機(jī)主要注重戰(zhàn)術(shù)性能，但缺乏明確的飛機(jī)使用維護(hù)指標(biāo)和結(jié)構(gòu)完整性，特別是由于飛機(jī)結(jié)構(gòu)的腐蝕要求，降低了這些飛機(jī)的抗腐蝕能力，機(jī)體結(jié)構(gòu)腐蝕在使用過程中無法避免。一般設(shè)計(jì)不考慮防水和排放，因此，飛機(jī)極有可能積水，導(dǎo)致飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕，其中大部分積水會造成腐蝕。此外，采用了高質(zhì)量、輕質(zhì)、高強(qiáng)度、超硬鋁的鋁-鋅-鎂-銅作為主要主承力件。與硬鋁不同，添加強(qiáng)化鋅會降低耐腐蝕性，應(yīng)力集中是由于超硬鋁而產(chǎn)生的，引起應(yīng)力腐蝕。

2.電化學(xué)反應(yīng)。是現(xiàn)代飛機(jī)腐蝕的主要原因。在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，兩種不同金屬之間的關(guān)系不可避免。當(dāng)金屬表面對于兩種不同的金屬觸點(diǎn)損壞時，金屬接觸表面之間會出現(xiàn)水分的現(xiàn)象，并且由于不同金屬之間的電位差而形成微電池，從而導(dǎo)致氧的氧化還原和金屬的化學(xué)損壞。電化學(xué)侵蝕廣泛存在于飛機(jī)結(jié)構(gòu)中。

二、等效腐蝕損傷

在服役過程中，它通常會腐蝕結(jié)構(gòu)。特別是我國軍用飛機(jī)地面90%的時間停放，控制飛機(jī)使用壽命的延長，飛行結(jié)構(gòu)造成的腐蝕損傷巨大，直接影響到飛行安全，必須定期調(diào)查腐蝕損傷情況。腐蝕的發(fā)生和發(fā)展是一個規(guī)律性，它會影響金屬表面環(huán)境、材料熱處理、加工、載荷和涂層質(zhì)量等諸多因素，并用作材料疲勞的隨機(jī)變量。本文從等效腐蝕入手，研究腐蝕損傷的分布結(jié)構(gòu)。腐蝕損傷可表現(xiàn)為各種特征，如腐蝕深度、面積、量等。然而，是不規(guī)則的腐蝕損傷，細(xì)密的形狀很復(fù)雜，上述一些特征變得很難確定。在本文中，我們將考慮腐蝕損傷方法量化，以避免復(fù)雜的幾何形狀。腐蝕損傷降低了結(jié)構(gòu)的承載能力，大大降低了材料的疲勞性能，并直接影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)的使用壽命。影響主要來自兩個方面。腐蝕坑對材料S N?曲線的影響與應(yīng)力集中對材料S N?曲線的影響一致。侵蝕改變了元件表面材料的疲勞特性。

三、等效腐蝕損傷的統(tǒng)計(jì)特征

1.分布多個形式。根據(jù)以往的研究，腐蝕損傷的最大形式是正態(tài)、極值Gumbel、Logistic、2雙參數(shù)和三參數(shù)威布爾分布。還需要確定由相同方法引起的腐蝕損傷是否符合上述分布。在此進(jìn)行比較研究，假設(shè)等效腐蝕破壞與上述分布一致，并且可以從中選擇最佳分布。

2.檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)。用某機(jī)翼主梁和后梁LF65輪浸腐蝕預(yù)腐蝕和疲勞實(shí)驗(yàn)。MVS疲勞測試儀采用，此測試分為六組，每組在預(yù)腐蝕的不同時間進(jìn)行，然后在疲勞對象中進(jìn)行，導(dǎo)致測試期內(nèi)的疲勞強(qiáng)度。目前，已經(jīng)提取了一些數(shù)據(jù)，并對合適的腐蝕損傷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究。這種結(jié)構(gòu)的機(jī)翼主梁材料是鍛件30CrMnSiNi2A，測試前后的疲勞強(qiáng)度0d（無預(yù)蝕刻）和疲勞強(qiáng)度隨機(jī)變量，所以未腐蝕與預(yù)腐蝕后的數(shù)據(jù)可以從一對兩次測量的耐腐蝕性數(shù)據(jù)中計(jì)算出來。獲得了一系列相當(dāng)于預(yù)腐蝕（5d）的腐蝕損傷數(shù)據(jù)，并按升序排列。所有五種分布類型都用最小二乘法進(jìn)行檢驗(yàn)，所得線性方程和相應(yīng)系數(shù)如表2所示。其結(jié)果是，每種分布類型的結(jié)果都顯示出良好的線性趨勢，這些趨勢非常線性，相關(guān)系數(shù)差異也很小。

他們通過檢驗(yàn)水平α=0.99，rc=0.713計(jì)算得到。相關(guān)系數(shù)明顯大于rc值，發(fā)現(xiàn)回歸效果顯著。由三參數(shù)威布爾的線性系數(shù)是最大的，所以即使采其分布，腐蝕損傷分布的規(guī)律擇優(yōu)選用。這些結(jié)果與常規(guī)結(jié)論一致，腐蝕損傷可以等效計(jì)算。

腐蝕損傷得到分布規(guī)律統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。幾種分布累積規(guī)律等效腐蝕損傷分布均能較好，相比之下，相對系數(shù)較高的是三參數(shù)威布爾，因此建議根據(jù)結(jié)果進(jìn)行選擇，表明了計(jì)算腐蝕性損害的等效方法的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡荻蘭.LY12CZ鋁合金型材的腐蝕動力學(xué)統(tǒng)計(jì)規(guī)律研究及日歷壽命預(yù)測方法探討[J].航空學(xué)報，2020，21（增刊）：S53-S57.

[2]張瑞.孔蝕統(tǒng)計(jì)規(guī)律的對比研究[J]，中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報，2019，18（2）：161-166.

[3]周濤.中國飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕分區(qū)和當(dāng)量環(huán)境譜[J].航空學(xué)報，2019，20（3）：230-233.

[4]李嶺.腐蝕科學(xué)與防腐工程技術(shù)新進(jìn)展[M].中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會主編，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2019.570-573.