飛機結構腐蝕損傷概率模型研究

羊洋 楊雯心

摘要：在外場現役飛機檢測到腐蝕時，應立即技術處理腐蝕部位，使很難在同一個地方從飛機的同一部分獲得了腐蝕坑深度發展的數據。對航空公司提供的運行條件下結構腐蝕損傷數據進行統計分析，并確定工作環境下腐蝕損傷的分布規律，可以提高現場腐蝕測量數據應用的可靠性。為了解釋腐蝕對結構材料疲勞性能的影響，介紹了飛機結構中損傷概率的模型研究。

關鍵詞：腐蝕;等效腐蝕損傷;統計分析

優質鋁合金是現役飛機和許多抗腐蝕的超高強度鋁合金的主要結構材料。如沿海和海上使用的飛機容易受到腐蝕，特別是因為環境溫度和濕度。這不僅影響飛機結構的使用壽命，而且對飛機的飛行安全構成重大的安全風險。受經濟因素的影響，一些老齡飛機在服役期滿后繼續運行，腐蝕損傷是老齡飛機安全的重要因素之一。由于結構腐蝕損壞，機構結構的初始裂紋可能會很早出現。同時，裂紋拉伸速度增加，結構件的使用壽命大大縮短。

一、腐蝕原因分析

1.結構缺陷。雖然早期開發的軍用飛機主要注重戰術性能，但缺乏明確的飛機使用維護指標和結構完整性，特別是由于飛機結構的腐蝕要求，降低了這些飛機的抗腐蝕能力，機體結構腐蝕在使用過程中無法避免。一般設計不考慮防水和排放，因此，飛機極有可能積水，導致飛機結構腐蝕，其中大部分積水會造成腐蝕。此外，采用了高質量、輕質、高強度、超硬鋁的鋁-鋅-鎂-銅作為主要主承力件。與硬鋁不同，添加強化鋅會降低耐腐蝕性，應力集中是由于超硬鋁而產生的，引起應力腐蝕。

2.電化學反應。是現代飛機腐蝕的主要原因。在設計結構中，兩種不同金屬之間的關系不可避免。當金屬表面對于兩種不同的金屬觸點損壞時，金屬接觸表面之間會出現水分的現象，并且由于不同金屬之間的電位差而形成微電池，從而導致氧的氧化還原和金屬的化學損壞。電化學侵蝕廣泛存在于飛機結構中。

二、等效腐蝕損傷

在服役過程中，它通常會腐蝕結構。特別是我國軍用飛機地面90%的時間停放，控制飛機使用壽命的延長，飛行結構造成的腐蝕損傷巨大，直接影響到飛行安全，必須定期調查腐蝕損傷情況。腐蝕的發生和發展是一個規律性，它會影響金屬表面環境、材料熱處理、加工、載荷和涂層質量等諸多因素，并用作材料疲勞的隨機變量。本文從等效腐蝕入手，研究腐蝕損傷的分布結構。腐蝕損傷可表現為各種特征，如腐蝕深度、面積、量等。然而，是不規則的腐蝕損傷，細密的形狀很復雜，上述一些特征變得很難確定。在本文中，我們將考慮腐蝕損傷方法量化，以避免復雜的幾何形狀。腐蝕損傷降低了結構的承載能力，大大降低了材料的疲勞性能，并直接影響飛機結構的使用壽命。影響主要來自兩個方面。腐蝕坑對材料S N?曲線的影響與應力集中對材料S N?曲線的影響一致。侵蝕改變了元件表面材料的疲勞特性。

三、等效腐蝕損傷的統計特征

1.分布多個形式。根據以往的研究，腐蝕損傷的最大形式是正態、極值Gumbel、Logistic、2雙參數和三參數威布爾分布。還需要確定由相同方法引起的腐蝕損傷是否符合上述分布。在此進行比較研究，假設等效腐蝕破壞與上述分布一致，并且可以從中選擇最佳分布。

2.檢驗統計。用某機翼主梁和后梁LF65輪浸腐蝕預腐蝕和疲勞實驗。MVS疲勞測試儀采用，此測試分為六組，每組在預腐蝕的不同時間進行，然后在疲勞對象中進行，導致測試期內的疲勞強度。目前，已經提取了一些數據，并對合適的腐蝕損傷進行了統計研究。這種結構的機翼主梁材料是鍛件30CrMnSiNi2A，測試前后的疲勞強度0d（無預蝕刻）和疲勞強度隨機變量，所以未腐蝕與預腐蝕后的數據可以從一對兩次測量的耐腐蝕性數據中計算出來。獲得了一系列相當于預腐蝕（5d）的腐蝕損傷數據，并按升序排列。所有五種分布類型都用最小二乘法進行檢驗，所得線性方程和相應系數如表2所示。其結果是，每種分布類型的結果都顯示出良好的線性趨勢，這些趨勢非常線性，相關系數差異也很小。

他們通過檢驗水平α=0.99，rc=0.713計算得到。相關系數明顯大于rc值，發現回歸效果顯著。由三參數威布爾的線性系數是最大的，所以即使采其分布，腐蝕損傷分布的規律擇優選用。這些結果與常規結論一致，腐蝕損傷可以等效計算。

腐蝕損傷得到分布規律統計檢驗。幾種分布累積規律等效腐蝕損傷分布均能較好，相比之下，相對系數較高的是三參數威布爾，因此建議根據結果進行選擇，表明了計算腐蝕性損害的等效方法的可行性。

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