大厚度鋁合金板疲勞裂紋擴展特性研究現狀及關鍵問題探討

伍黎明,何宇廷,張 騰

(空軍工程大學航空工程學院,西安 710038)

0 引 言

機械、運載和能源等領域已服役多年的典型重大裝備的構件中已產生了裂紋等缺陷,但過早判廢退役就意味著巨大的經濟損失,繼續運行則需要合理的壽命預測以保證安全。因此,合理預測含裂紋構件壽命是有效提高裝備使用潛力和控制失效事故發生的重要途徑。金屬材料特別是高強度鋁合金作為結構主承力件材料被廣泛應用于大型運輸機、高鐵、艦船等大型機械設備,如軍用飛機導彈掛架的過渡梁對接處(鋁合金結構厚度達40 mm左右)、機翼梁框(鋁合金結構厚度在30 mm左右)等部位,大型機械裝備關鍵承力隔框、耳片接頭等部位(鋁合金結構厚度可達20 mm以上)。常規的裂紋擴展數據都是基于標準試件(厚度一般在2～10 mm)通過試驗獲取,是否適用于大厚度(特指20 mm以上)鋁合金板尚需研究。

為了給相關領域研究人員提供參考,作者對大厚度鋁合金板裂紋尖部應力應變場與裂紋擴展形貌、疲勞裂紋擴展厚度效應、腐蝕疲勞交替作用下裂紋擴展機理等方面國內外研究現狀和發展趨勢進行了總結分析,探討了大厚度鋁合金板疲勞裂紋擴展特性研究的新問題與關鍵問題,旨在為發展大厚度鋁合金板三維損傷容限評估方法及模型提供幫助。

1 大厚度鋁合金板疲勞裂紋擴展的新問題

目前,研究[1-2]普遍表明疲勞裂紋在擴展過程中表現出“隧道效應(crack tunneling)”特征,即當包含初始直線裂紋前沿的穿透裂紋試樣受到循環加載時,中心層裂紋前沿首先向前擴展,其余裂紋前沿隨后擴展,形成指甲蓋形狀裂紋前沿形貌?！?br>