[发明专利]加强的交通工具结构零件、交通工具及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交通工具结构零件并涉及一种包括这样区域的交通工具，在该区域中，在第一方向上存在压缩残余应力并在垂直于第一方向的第二方向上存在压缩或拉伸残余应力。本发明还涉及一种用于加强交通工具结构零件的方法。

背景技术

在例如飞行器的交通工具结构零件中可能会形成裂缝，并且这可能会对交通工具结构失效的点造成重大损坏。飞行器结构中的裂缝通常由特定的静态或动态机械载荷所导致的材料弱化而造成。

例如，还可能由于在不恰当的维护过程中对飞行器结构造成的划痕形式的意外损坏而使裂缝形成并发展。意外产生的这类损坏可能成为后继的裂缝形成或者后继的裂缝发展的起始点。因此，权宜之计是消除由于维修措施导致的这种损坏，从而避免裂缝形成。然而，裂缝还可能具有其他原因。

在维护过程中，可通过切除已经形成裂缝的整个区域并用新的材料进行替换而维修受损点，该新的材料被插入其中或者布置于其上。在刮痕的情形中，其中预计裂缝将从该刮痕处开始形成，维修过程可以以与用于裂缝维修相同的方式进行。替换机翼单元结构是耗时的并且导致维修和操作成本增加。在使用前通过激光冲击（激光冲击硬化、激光冲击处理或激光冲击强化）能够对面临形成裂缝的风险的材料区域进行处理。在下文中也称作激光冲击的激光冲击强化是用于通过激光冲击对工件的表面进行处理而产生深度压缩残余应力的区域的方法。激光冲击通常使用来自脉冲激光的光束脉冲以将撞击波或冲击波传递到工件的表面上。借助等离子体，从激光束源入射到部件表面上的脉冲激光束在该表面的一部分上产生强劲的局部压缩力。关于这一点，在激光束的入射点处，在封闭的液膜下，该表面的薄层或涂层（例如金属胶条或喷涂层）的突然移除或蒸发产生等离子体，从而导致产生爆炸力。来自迅速膨胀的等离子体的压缩脉冲发出迁移到该物体中的冲击波。由激光脉冲引起的该压缩冲击波导致部件中的深度局部压缩变形。这些局部塑性变形在材料中产生压缩残余应力。在名称为“改变材料特性（Altering Material Properties）”的美国专利US3,850,698中以及在名称为“激光冲击处理（Laser Shock Processing）”的美国专利US4,401,477中公开了激光冲击。在激光冲击过程中，强劲的局部压缩力传递到工件表面的一部分上。使用激光冲击以便将压缩残余应力带到工件上，从而显著地增加工件对疲劳断裂的抵抗。例如在名称为“激光强化系统和方法（Laser Peening System and Method）”的美国专利US4,937,421中公开了该应用。

文献DE102008044407A1和US2001/0290770A1中公开了一种用于对具有受损点的飞行器部件进行辐射的方法，该方法在对飞行器进行维护的过程中执行。关于这一点，通过使用脉冲激光束对飞行器结构零件的靠近受损点的区域进行处理。同时，压缩波经过飞行器结构零件的辐射区域并在该区域中产生压缩偏置。因此，能够减缓在认为紧要的区域中的新的或现有的裂缝的蔓延。

发明内容

本发明的目的是减少用于交通工具的维护费用并提高损伤容限。

该目的通过根据文中所述的交通工具结构零件、交通工具以及方法而实现。能够通过下文的说明而获得改进以及实施方式。

提出一种交通工具结构零件，其中，在第一区域中，在第一方向上存在压缩残余应力，并在垂直于第一方向的第二方向上存在压缩或拉伸残余应力。第一方向上的压缩残余应力与第二方向上的压缩或拉伸残余应力的比在-0.2和+1.0之间。

关于这一点，拉伸残余应力定义为具有单位Pa的正值且压缩残余应力定义为具有单位Pa的负值。这些压缩和拉伸残余应力还总体地称作残余应力。此外，该区域还可包括在垂直于第一和第二方向的方向上的压缩和/或拉伸残余应力。

根据本发明的实施方式，第一区域从交通工具结构零件的表面延伸至交通工具结构零件中。例如，压缩残余张力处于与交通工具结构零件的表面相切地延伸的第一方向上，并且压缩或拉伸残余张力处于与交通工具结构零件的表面相切并垂直于第一方向的方向上。

因此，通过在压缩残余应力的方向上施加拉伸力能够因此补偿压缩残余应力。同样地，能够通过施加压缩力而补偿拉伸残余应力。

例如，在第一方向上存在压缩残余应力以及在第二方向上存在拉伸残余应力。该区域可布置成使得在交通工具结构零件中蔓延的未来裂缝的预计裂缝蔓延方向在初始阶段将基本上对应于第二方向。