基于疲勞裂紋萌生機理的鋁合金疲勞壽命可靠性評估方法

譚曉明， 張丹峰， 陳躍良， 金 平

(海軍航空工程學院，山東 青島266041)

鋁合金由于具有密度低、比強度和斷裂韌度高、塑性和加工性能好等一系列優點，一直是飛機結構的主體材料。疲勞斷裂是飛機鋁合金結構的主要失效形式，對使用壽命和可靠性構成嚴重威脅。

近年來，國內外學者針對航空鋁合金的疲勞裂紋萌生與擴展機理開展了大量研究，這些研究主要是基于材料微觀結構的疲勞性能表征的研究，目前已成為航空界研究的熱點方向之一［1，2］，研究結果表明，在循環載荷作用下材料疲勞裂紋一般在其初始不連續狀態［1，3～8］或者微觀非均質［9～12］處萌生，如第二相、夾雜、微孔和晶界等。研究結果表明，對于內部有微孔的鑄造鋁合金，疲勞裂紋一般萌生于微孔［1］;對于無微孔的鋁合金軋制板材，疲勞裂紋一般萌生于尺寸較大的第二相［6，8，11，14］;對于材料內部無尺寸較大的微觀非均質，疲勞裂紋一般萌生于晶粒［1］，具體材料的疲勞裂紋萌生機理取決于材料厚度、熱處理狀態、表面處理工藝和加載的應力水平等。可見，材料微觀結構與疲勞機制、疲勞行為有著直接的關系，材料分散性直接導致疲勞壽命的分散性。

但是，到目前為止，這些研究工作都尚未建立材料微觀結構-疲勞裂紋萌生機理-疲勞壽命分散性三者之間的對應關系模型。因此，為提高疲勞壽命預測精度，有必要基于裂紋萌生微觀機理進行壽命評估研究。本工作以新型鋁合金2B06 為研究對象，通過研究材料微觀結構對疲勞裂紋萌生的作用機制，運用概率斷裂力學，獲得微觀結構尺寸分布規律與概率疲勞壽命的對應關系。……