環(huán)境腐蝕及其應(yīng)力耦合的損傷力學(xué)方法與結(jié)構(gòu)性能預(yù)測研究.pdf

1、環(huán)境腐蝕及其與應(yīng)力耦合的損傷力學(xué)研究對于探討飛機(jī)機(jī)體金屬結(jié)構(gòu)使用過程中結(jié)構(gòu)性能的劣化演變規(guī)律以及定量評估機(jī)體結(jié)構(gòu)的日歷年限壽命有著重要的理論研究與工程應(yīng)用價值。本文針對飛機(jī)結(jié)構(gòu)典型鋁合金的點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞的三種主要損傷形式，應(yīng)用損傷力學(xué)的理論觀點(diǎn)與分析方法，在深入研究環(huán)境因素的損傷機(jī)理基礎(chǔ)上，分析建立了不同環(huán)境腐蝕及其應(yīng)力耦合的定量損傷力學(xué)模型，開展了典型鋁合金的預(yù)腐蝕試驗研究工作，對理論分析模型的合理性及其預(yù)測能力進(jìn)行了深入研

2、究。論文的主要研究工作及其創(chuàng)新點(diǎn)概括如下： 1、基于損傷熱力學(xué)理論基礎(chǔ)，研究探討了電化學(xué)能在內(nèi)的損傷熱力學(xué)關(guān)系。通過引入腐蝕損傷過程中的能量耗散，建立了力學(xué)因素和環(huán)境耦合作用下的損傷耗散關(guān)系，為開展環(huán)境腐蝕及其應(yīng)力耦合的損傷力學(xué)研究完善了理論框架； 2、對有/無加載兩種高強(qiáng)度鋁合金試驗件進(jìn)行鹽霧加速腐蝕試驗，研究了腐蝕對材料性能的劣化作用，以及載荷與環(huán)境對材料損傷的耦合加速作用； 3、依據(jù)預(yù)腐蝕試驗工作及其數(shù)據(jù)，

3、研究建立了點(diǎn)蝕孔隙的細(xì)觀損傷力學(xué)演化規(guī)律，并提出了Gurson模型中新的孔隙率擴(kuò)展模型。在此基礎(chǔ)上，數(shù)值計算了彈性模量、屈服與強(qiáng)度極限隨腐蝕時間的演化規(guī)律，與試驗數(shù)據(jù)有良好的一致性。 4、深入分析了點(diǎn)蝕坑向應(yīng)力腐蝕裂紋轉(zhuǎn)化的損傷力學(xué)判據(jù)，在理論上明確了應(yīng)力腐蝕起始壽命的終點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，研究建立了應(yīng)力腐蝕裂紋起始壽命計算的兩個損傷力學(xué)模型。針對所建立的兩個分析模型，應(yīng)用一定的試驗數(shù)據(jù)驗證了模型分析的合理性。在應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展方面

4、，分析比較了陽極溶解型裂紋擴(kuò)展模型和斷裂力學(xué)裂紋擴(kuò)展模型。根據(jù)這兩種模型對應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展速率描述的特點(diǎn)，提出了在裂紋擴(kuò)展的不同階段使用不同的模型描述的觀點(diǎn)。 5、在深入研究機(jī)械疲勞損傷力學(xué)模型的基礎(chǔ)上，提出了腐蝕疲勞裂紋起始壽命的損傷力學(xué)模型，使之更加符合腐蝕疲勞過程中損傷的非線性累積規(guī)律。分析了腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展理論模型在工程應(yīng)用中的難點(diǎn)，進(jìn)而，對腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率工程計算方法及其優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了探討，并通過算例驗證了工程模型的合