飞机结构腐蚀损伤概率模型研究

羊洋 杨雯心

摘要：在外场现役飞机检测到腐蚀时，应立即技术处理腐蚀部位，使很难在同一个地方从飞机的同一部分获得了腐蚀坑深度发展的数据。对航空公司提供的运行条件下结构腐蚀损伤数据进行统计分析，并确定工作环境下腐蚀损伤的分布规律，可以提高现场腐蚀测量数据应用的可靠性。为了解释腐蚀对结构材料疲劳性能的影响，介绍了飞机结构中损伤概率的模型研究。

关键词：腐蚀;等效腐蚀损伤;统计分析

优质铝合金是现役飞机和许多抗腐蚀的超高强度铝合金的主要结构材料。如沿海和海上使用的飞机容易受到腐蚀，特别是因为环境温度和湿度。这不仅影响飞机结构的使用寿命，而且对飞机的飞行安全构成重大的安全风险。受经济因素的影响，一些老龄飞机在服役期满后继续运行，腐蚀损伤是老龄飞机安全的重要因素之一。由于结构腐蚀损坏，机构结构的初始裂纹可能会很早出现。同时，裂纹拉伸速度增加，结构件的使用寿命大大缩短。

一、腐蚀原因分析

1.结构缺陷。虽然早期开发的军用飞机主要注重战术性能，但缺乏明确的飞机使用维护指标和结构完整性，特别是由于飞机结构的腐蚀要求，降低了这些飞机的抗腐蚀能力，机体结构腐蚀在使用过程中无法避免。一般设计不考虑防水和排放，因此，飞机极有可能积水，导致飞机结构腐蚀，其中大部分积水会造成腐蚀。此外，采用了高质量、轻质、高强度、超硬铝的铝-锌-镁-铜作为主要主承力件。与硬铝不同，添加强化锌会降低耐腐蚀性，应力集中是由于超硬铝而产生的，引起应力腐蚀。

2.电化学反应。是现代飞机腐蚀的主要原因。在设计结构中，两种不同金属之间的关系不可避免。当金属表面对于两种不同的金属触点损坏时，金属接触表面之间会出现水分的现象，并且由于不同金属之间的电位差而形成微电池，从而导致氧的氧化还原和金属的化学损坏。电化学侵蚀广泛存在于飞机结构中。

二、等效腐蚀损伤

在服役过程中，它通常会腐蚀结构。特别是我国军用飞机地面90%的时间停放，控制飞机使用寿命的延长，飞行结构造成的腐蚀损伤巨大，直接影响到飞行安全，必须定期调查腐蚀损伤情况。腐蚀的发生和发展是一个规律性，它会影响金属表面环境、材料热处理、加工、载荷和涂层质量等诸多因素，并用作材料疲劳的随机变量。本文从等效腐蚀入手，研究腐蚀损伤的分布结构。腐蚀损伤可表现为各种特征，如腐蚀深度、面积、量等。然而，是不规则的腐蝕损伤，细密的形状很复杂，上述一些特征变得很难确定。在本文中，我们将考虑腐蚀损伤方法量化，以避免复杂的几何形状。腐蚀损伤降低了结构的承载能力，大大降低了材料的疲劳性能，并直接影响飞机结构的使用寿命。影响主要来自两个方面。腐蚀坑对材料S N−曲线的影响与应力集中对材料S N−曲线的影响一致。侵蚀改变了元件表面材料的疲劳特性。

三、等效腐蚀损伤的统计特征

1.分布多个形式。根据以往的研究，腐蚀损伤的最大形式是正态、极值Gumbel、Logistic、2双参数和三参数威布尔分布。还需要确定由相同方法引起的腐蚀损伤是否符合上述分布。在此进行比较研究，假设等效腐蚀破坏与上述分布一致，并且可以从中选择最佳分布。

2.检验统计。用某机翼主梁和后梁LF65轮浸腐蚀预腐蚀和疲劳实验。MVS疲劳测试仪采用，此测试分为六组，每组在预腐蚀的不同时间进行，然后在疲劳对象中进行，导致测试期内的疲劳强度。目前，已经提取了一些数据，并对合适的腐蚀损伤进行了统计研究。这种结构的机翼主梁材料是锻件30CrMnSiNi2A，测试前后的疲劳强度0d（无预蚀刻）和疲劳强度随机变量，所以未腐蚀与预腐蚀后的数据可以从一对两次测量的耐腐蚀性数据中计算出来。获得了一系列相当于预腐蚀（5d）的腐蚀损伤数据，并按升序排列。所有五种分布类型都用最小二乘法进行检验，所得线性方程和相应系数如表2所示。其结果是，每种分布类型的结果都显示出良好的线性趋势，这些趋势非常线性，相关系数差异也很小。

他们通过检验水平α=0.99，rc=0.713计算得到。相关系数明显大于rc值，发现回归效果显著。由三参数威布尔的线性系数是最大的，所以即使采其分布，腐蚀损伤分布的规律择优选用。这些结果与常规结论一致，腐蚀损伤可以等效计算。

腐蚀损伤得到分布规律统计检验。几种分布累积规律等效腐蚀损伤分布均能较好，相比之下，相对系数较高的是三参数威布尔，因此建议根据结果进行选择，表明了计算腐蚀性损害的等效方法的可行性。

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