孔冷挤压强化铝合金板件腐蚀疲劳寿命退化机理研究

Holes cold expansion is widely used in aircraft structure to improve local fatigue property. But the results of fatigue tests show that the fatigue property of some hole cold expanded plates is even worse than that of unexpanded plates after long term atmospheric corrosion, which effects flight safety seriously. The researches of this project include: completing fatigue tests of hole cold expanded aluminium alloy specimens and unexpanded specimens after long term atmospheric corrosion; developing fatigue tests, pre-corrosion fatigue tests and alternative corrosion-fatigue tests under laboratory condition; ascertaining the life degradation laws of hole cold expanded aluminium alloy plates subjected to corrosion and fatigue load; developing advanced finite element numerical technique and studying mechanical property deterioration mechanisms of hole cold expanded structures based on fracture mechanics and attenuation response of residual stresses; carrying out residual stresses testing toward holes edge and observation toward fracture surfaces by light microscope and SEM; researching life degradation mechanisms of hole cold expanded aluminium alloy plates subjected to corrosion and fatigue load; establishing life degradation model of hole cold expanded aluminium alloy plates based on tests and research work. Research results show great significance to develop the fundamental theories and application of holes cold expansion, and to ensure flight safety.

飞机金属结构中大量采用孔冷挤压强化工艺提高局部疲劳性能。但试验发现，在长期自然腐蚀环境中，有些孔冷挤压强化板件的疲劳性能甚至低于未强化板件，严重威胁飞行安全！本项目拟针对飞机结构常用的铝合金孔冷挤压强化板件和未挤压带孔板件，完成其自然环境下的预腐蚀疲劳试验和实验室加速下的疲劳试验、预腐蚀疲劳试验及腐蚀-疲劳交替试验，探明孔冷挤压强化板件在腐蚀疲劳作用下的寿命退化规律；基于断裂力学方法和挤压残余应力衰减规律分析，发展先进的孔冷挤压强化结构有限元建模分析技术，揭示腐蚀与疲劳作用下孔冷挤压强化结构的力学性能劣化机理；进行孔边残余应力测试、金相组织微观观察，研究腐蚀与疲劳作用下孔冷挤压强化铝合金板件寿命退化的微观机理；在试验研究与理论分析的基础上，建立孔冷挤压强化铝合金板件的腐蚀疲劳寿命退化模型。项目研究成果对丰富和发展孔冷挤压强化基础理论，提升孔冷挤压强化工艺应用水平，保障飞行安全具有重要意义。

飞机金属结构中大量采用孔冷挤压强化工艺提高局部疲劳性能。但试验发现，在长期自然腐蚀环境中，有些孔冷挤压强化板件的疲劳性能甚至低于未强化板件，严重威胁飞行安全！本项目针对孔冷挤压强化铝合金板件和未挤压带孔板件，完成了其自然环境下的预腐蚀疲劳试验，建立了自然腐蚀条件下的寿命退化规律；开展了不同应力水平下挤压强化和未强化试验件疲劳寿命对比试验，研究了不同应力水平下的增寿比和断口形貌；开展了实验室加速条件下的预腐蚀疲劳试验及腐蚀-疲劳交替试验，建立了孔冷挤压强化板件在腐蚀疲劳作用下的寿命退化规律。发展了先进的开缝衬套孔冷挤压强化结构有限元建模分析技术，基于ABAQUS软件建立了开缝衬套冷挤压强化及铰削SPH-FE有限元模型，研究了终孔铰销量对残余应力分布和疲劳寿命的影响规律；建立了获取二维残余应力分布的解析模型，研究了模型对关键参数的敏感度；开展了不同疲劳循环次数的孔边环向残余测量，研究了残余压应力的释放规律。通过挤压强化试验件和未强化试验寿命退化规律分析，揭示了腐蚀与疲劳作用下孔冷挤压强化结构的力学性能劣化机理；通过金相组织微观观察和断口形貌分析，研究了腐蚀与疲劳作用下孔冷挤压强化铝合金板件寿命退化的微观机理；在试验研究与理论分析的基础上，建立了孔冷挤压强化铝合金板件的腐蚀疲劳寿命退化模型。本项目研究成果对丰富和发展孔冷挤压强化基础理论，加快孔冷挤压强化在制造业推广应用，提升孔冷挤压强化工艺应用水平，保障飞行安全具有重要意义。