[发明专利]航空铝合金材料腐蚀损伤及疲劳寿命的研究方法

权利要求书

1.航空铝合金材料腐蚀损伤及疲劳寿命的研究方法，其特征在于，包括以下步骤，

S1：对航空铝合金材料试验件进行静强度拉伸试验，得到试验件的静拉伸强度平均值σ_mean，以及对应的疲劳试验机最大拉应力σ_max、最小拉应力σ_min；

S2：根据静拉伸强度平均值与试验件的截面尺寸，计算疲劳试验机拉伸的最大拉力F_max和最小拉力F_min；

S3：对无腐蚀试验件进行疲劳试验，测得无腐蚀试验件的疲劳寿命；

S4：对试验件分别进行不同当量腐蚀年限的加速腐蚀；

S5：基于多个不同的腐蚀损伤评价指标，对经过不同当量腐蚀年限腐蚀后的试验件进行腐蚀损伤测量；

S6：对腐蚀损伤测量之后的试验件进行疲劳拉伸，测量对应的疲劳寿命；

S7：根据步骤S5的测量结果，对试验件的腐蚀损伤形貌演化进行描述和分析；

S8：对步骤S5中多个不同的腐蚀损伤评价指标进行筛选，筛选出影响疲劳寿命的三个腐蚀损伤评价指标；

S9：基于步骤S8中筛选出来的三个腐蚀损伤评价指标，建立腐蚀损伤与疲劳寿命之间的映射模型；

S10：利用腐蚀损伤与疲劳寿命之间的映射模型，对试验件的腐蚀疲劳寿命进行预测；

步骤S7中使用参数B和参数C/A对试验件的腐蚀损伤形貌演化进行描述和分析，其中，参数B为腐蚀坑面积和围绕此腐蚀坑区域面积的比值，参数C/A为腐蚀坑的深度C与垂直于载荷方向的腐蚀坑宽度一半A的比值；其中，围绕腐蚀坑区域面积的计算方法为，将腐蚀坑表面等效为圆形，取腐蚀坑表面的最大宽度/长度数值作为腐蚀坑表面圆形的直径，计算此面积作为腐蚀坑区域面积；

步骤S8的具体操作步骤包括，

S81：采用三维有限元方法对腐蚀试验件进行应力应变分析，计算应力集中系数，分析应力集中系数与C/A之间的变化规律；

S82：从理论上分析腐蚀坑垂直于载荷方向的宽度和腐蚀坑深度对疲劳寿命的影响；

S83：使用MIT模型计算方法对腐蚀损伤评价指标进行筛选，筛选出影响疲劳寿命的三个腐蚀损伤评价指标；

步骤S9中建立腐蚀损伤与疲劳寿命之间的映射模型的具体操作步骤包括，

S91：对腐蚀损伤评价指标数据进行归一化处理，归一化的公式为y_i＝x_i/x_max，式中，y_i为归一化后的腐蚀损伤评价指标，x_i为归一化之前的腐蚀损伤评价指标，x_max为对应腐蚀损伤评价指标数据中的最大值；

S92：使用y_t＝at^b分别对三个腐蚀损伤评价指标随时间的变化曲线进行拟合，式中，y_t是第t年腐蚀损伤评价指标值，a和b为拟合的两个参数；

S93：计算不同当量腐蚀年限下的腐蚀损伤速率，所述腐蚀损伤速率的计算公式为式中，

其中，α₁、α₂、α₃分别是腐蚀坑最大深度、腐蚀坑最大宽度、点蚀率对疲劳寿命影响的比重大小；V(T)为第T年腐蚀损伤速率；为第T年腐蚀坑最大深度的增长速率；为第T年腐蚀坑最大宽度增长速率；f_r为第T年点蚀率的变化速率；为腐蚀坑最大宽度对应的MIT绝对值；为腐蚀坑最大宽度对应的MIT绝对值；MIT_r为点蚀率对应的MIT绝对值；

S94：对步骤S93中的腐蚀损伤速率计算公式进行积分，得到0～T年的腐蚀损伤，简化后可表示为式中，U_T为0～T年的腐蚀损伤；

S95：对腐蚀试验件的腐蚀疲劳寿命衰减率与腐蚀损伤进行拟合，可得，当U≥0.208时，腐蚀损伤与疲劳寿命的衰减率之间满足的拟合方程为N_α＝0.894+0.0876*ln(U-0.208)；式中，N_α为腐蚀疲劳寿命的衰减率，U为腐蚀损伤量；

步骤S10的具体操作步骤包括，

S101：结合步骤S94中腐蚀损伤速率，以及步骤S95中腐蚀损伤与疲劳寿命的衰减率拟合方程，计算疲劳寿命的衰减率，当U≥0.208时，疲劳寿命的衰减率计算公式为

S102：利用公式N_T＝N-N_α*N对试验件的腐蚀疲劳寿命进行预测，式中，N_α为腐蚀试验件的疲劳寿命的衰减率；N_T为预腐蚀t年的疲劳寿命；N为试件无腐蚀影响的疲劳寿命。