2024高强航空铝合金耐蚀性及断裂行为数值模拟研究

【类型】学位论文

【作者】李晓宁 

【关键词】 2024高强航空铝合金 耐蚀性 极差分析 方差分析 断裂行为 数值模拟

【摘要】2024铝合金力学性能优良,可加工性强,被广泛的应用于航空、航天领域。但对环境敏感,极易导致发生腐蚀反应,从而影响综合力学性能;全球每年因2024铝合金与环境发生腐蚀而导致的灾难性事故层出不穷;目前在环境因素对高强度航空铝合金的耐蚀性,特别是环境因素的耦合作用对耐蚀性的影响方面还有待继续深入研究;对腐蚀环境下工件的使用安全性评估工作还有待加强;对含有腐蚀缺陷试样的断裂行为研究有待完善。因此,研究高强度航空铝合金在环境中的腐蚀行为意义重大。针对以上三个关键问题,本论文分别开展以下方面研究:探究了2024高强度航空铝合金耐蚀性规律。以2024铝合金为试验材料,通过控制实验环境中的相对湿度、浓度、温度三因素来模拟高强度航空铝合金在大气环境中的腐蚀行为。应用OM和SEM来观测腐蚀试样表面和横切面的腐蚀形貌。测量腐蚀试样的腐蚀坑深和腐蚀失重率来分析试样的腐蚀程度。采用极差分析和方差分析来探究相对湿度、浓度、温度三因素对2024铝合金耐蚀性的影响程度。结果表明,三因素对2024铝合金耐蚀性影响的顺序为:相对湿度浓度温度。三因素在对2024铝合金耐蚀性的影响上存在耦合作用,其中以相对湿度与浓度的耦合作用最为严重,影响水平为极显著。构建了2024高强度航空铝合金腐蚀评估模型。将腐蚀环境下高强度航空铝合金的耐蚀性划分为五个等级,在分析其耐蚀性影响因素的前提下,建立适用于评估高强度航空铝合金耐蚀性的模糊综合评判模型,利用层次分析法计算各影响因素的权重向量,并通过梯形分布公式计算各影响因素对应评价等级的隶属度,对权重向量和隶属度矩阵做模糊运算,得出最后的评估结果。运用此模型对A37、A27、A17三组试样进行模糊综合评判,确定其相应的腐蚀等级依次为:Ⅰ、Ⅰ、Ⅲ。评估结果与实际情况较好的吻合,验证了模型的合理性。模拟了2024高强度航空铝合金含腐蚀缺陷的断裂行为。将试样表面的腐蚀坑等效为腐蚀裂纹,利用有限元分析方法,对含有表面等效裂纹的试样建立三维有限元模型,研究在相应加载应力下蚀坑对试样力学性能的影响。通过计算裂纹前缘的等效应力和应力强度因子,来分析其断裂性能。结果表明在裂纹前缘产生明显的应力集中现象,试样的断裂最先发生在等效裂纹处,不同形状的裂纹其失稳扩展形式不同。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】天津理工大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】李云涛

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