疲劳载荷与腐蚀环境交替作用下飞机金属结构寿命退化规律及剩余寿命预测方法研究

飞机金属结构在服役中不断受到疲劳载荷与腐蚀环境的交替作用。由于缺乏对疲劳载荷与腐蚀环境交替作用下金属结构寿命本质规律的基础研究，仅根据疲劳寿命或日历寿命值对飞机进行寿命管理存在严重不足。本项目将通过对飞机常用金属铝合金试件进行不同疲劳载荷强度和交替周期下的疲劳-腐蚀交替试验，研究其在疲劳载荷与腐蚀环境交替作用下的寿命退化规律；对断口进行显微镜、扫描电镜观察，研究疲劳载荷与腐蚀环境交替作用下铝合金结构失效机理；在寿命包线概念的基础上，完善结构寿命包线的表示方法，根据疲劳-腐蚀交替试验结果，确定出试验件寿命包线，并形成基于寿命包线的疲劳寿命及日历寿命双参数剩余寿命预测模型。本项目研究成果将在理论上丰富结构寿命理论体系，在机理上探索金属结构在疲劳载荷与腐蚀环境交替作用下的寿命退化规律，在方法上形成基于寿命包线的双参数剩余寿命预测方法，在工程上可为飞机及其它大型机械设备结构寿命的科学管理提供依据。

针对飞机金属结构在服役中受到疲劳载荷与腐蚀环境的交替作用，本项目编制了实验室模拟不同飞行强度和交替周期的试验方案，开展了飞机常用2A12-T4铝合金试件在不同疲劳加载和腐蚀天数下的疲劳-腐蚀交替试验，计算得到其在疲劳载荷与腐蚀环境交替作用下的疲劳寿命，发现疲劳寿命的分布可以采用对数正态分布描述；采用显微镜和扫描电镜，分析了不同疲劳加载和腐蚀天数对试件表面损伤的影响，得到了疲劳载荷与腐蚀环境交替作用下铝合金试件的微观失效机理；针对当前飞机结构寿命监控方法的不足，在寿命包线概念的基础上，完善了结构寿命包线的表示方法，给出了基于寿命包线的飞机金属结构疲劳寿命与日历寿命双参数寿命监控技术途径；根据疲劳-腐蚀交替试验结果，确定了2A12-T4铝合金试件的寿命包线，为飞机结构寿命监控工作提供了新思路、新方法，为研究成果应用于工程实际奠定基础。