腐蚀条件下民机结构dfr方法及裂纹扩展研究4第一章_12

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1、第一章绪论1.1概述从1914年民航运输业创立开始，民机结构的安全就成为一个永恒的主题⑴。安全性是结构设计的基本要求，而长寿命、低维修成本构成的经济性是实现民机市场价值的保证。为保证飞机结构安全，结构设计理论由静强度、动强度设计，发展到保证结构疲劳强度的安全寿命设计，进而发展到目前广泛采用的耐久性和损伤容限设让。无论是军机还是民机，保证结构在使用寿命内的安全性的要求是一致的。美国空军在1958年颁布了飞机结构完整性大纲，其目的就在于确定能够更准确的预测飞机结构使用寿命的方法，并发展更好的设计和试验方法用丁•解决未来武器系统的疲劳破坏问题。这个大纲几经改进，现已被很多国家采用〔％飞机失效分析

2、的犬量事实说明，疲劳损伤和腐蚀损伤是两类最主要的飞机损伤形式，而疲劳损伤又多半在腐蚀环境屮产生⑶。尽管腐蚀和疲劳造成结构损伤的机理不同,研究方法也有很大的差别，但随着飞机结构长寿命设计和老龄飞机的延寿问题得到越来越多的关注，尤英是在1988年Alohn事件Z后，对腐蚀、疲劳及其交互作用研究的必要性口益迫切。局部的腐蚀和腐蚀裂纹的形成及扩展在很大程度上削弱了材料的力学性能，从而影响着结构的可靠性、耐久性和完整性，腐蚀影响的严重性远远超出了人们关注的程度。环境对飞机结构的影响受到很多国家的高度重视，1985年在美军标准中明确提岀，要考虑热、化学和气候环境对飞机结构耐久性、损伤容限与试验验证的影

3、响，先后制定了与腐蚀相关的一系列标准和规范，女口MIL-A-008866B、MIL-A-87221.MIL-A-8860B(AS)>MIL・F・7179、MIL-STD-1568>MIL-HDBK-5>MIL-HDBK-729和MIL-STD-810o20世纪70年代，北大西洋公约组织对飞机结构的腐蚀及腐蚀疲劳问题开展了较大规模的CFCTP和FACT试验研究⑷。多年的研究在疲劳分析、裂纹扩展及腐蚀影响方而都取得了重耍的成果，但综合环境下的飞机结构的疲劳分析和安全性仍然存在着很多需要解决的问题。1.2基本状况和现有研究成果1.2.1民机结构的腐蚀状况腐蚀环境是客观存在的事实，尤其民机，不同地

4、区、不同航线的使用条件千差万别,至于终年停靠在海边机场的民机的腐蚀环境就更加恶劣了。空气的相对湿度、雨水、海水、盐雾、民机内部的污水等的影响，使实际飞机所出现的损伤往往和疲劳分析预计的部位和寿命相差很大。尽管腐蚀控制技术在不断的进步，但就目前的防护技术水平，以及防护层本身的退化、剥落及机械损伤等，腐蚀仍严重影响着飞机结构的使用寿命和使用安全性。国际航空运输协会的报告指出，由于腐蚀导致的民用飞机的定期维修和部件更换的直接经费每飞行小时为5〜12美元，其成员单位毎年用于腐蚀修理费用达2亿美元。由于经济等原因，一些航空公司延长飞机的原定使用寿命，根据1998年的估计，全世界民航机的平均寿命大约为

5、11年，而1989年公布的数字是2440架喷气运输机的使用寿命已超过20年，1995年这-•数字估计在4000架机左右。随着老龄飞机的出现，疲劳及腐蚀问题引起的事故不断增加⑸。1981年8刀，台湾一架波音・747客机因机身下部结构腐蚀、蒙皮变薄，产生空顶盒裂纹，在压力的作用下导致空屮解体；1985年2月，日本一架波音・747客机由于增压舱段端框断裂而坠毁，造成500多人死亡；一架波咅・727飞机的主起落架轮毂发生疲劳断裂造成事故，检测表明轮毂的内表面冇为数众多的腐蚀损伤散布点，疲劳源正是从这些很小的腐蚀区域内产生的；一架Cessna-210飞机事故后的检查发现，副翼的内表面,主要在蒙皮和密

6、封翼肋上及下部前缘处钏接部位产生严重腐蚀；前苏联安・24飞机在远未达到设计寿命时，机身壁板因腐蚀严重，被迫在大修屮更换；我国一批杜・24飞机因结构严重腐蚀，提而1000多飞行小时退役⑷；我国80年代开始批量生产并提供民航使用的运七飞机，90年代以來已陆续发现机体结构及部分系统构件不同程度的腐蚀损伤,主要表现在飞机卫生间周围结构如固定座椅的地板梁、转接梁腹板、机身下半框的上框缘及地板支撑型材腐蚀损伤严重；机身下壁板，主要是飞机卫生间下部壁板腐蚀损伤严重，述冇部分下壁板蒙皮外表而多处腐蚀及排水孔周围蒙皮腐蚀严重；屮央翼下壁板放油口外表面腐蚀；中央翼整体壁板、大梁、腹板及卜•缘条等处腐蚀⑺。由于

7、地域的变化导致的寿命变化的例子也很多，尤其是在我国这样地理环境和气候环境都很复杂区域。在实际使用中，经阳极化处理并涂冇醇酸清漆保护的铝合金飞机蒙皮，在我国南方如海南岛地区飞行半年后涂层开始破坏，一年后铝合金开始腐蚀，五年后整个铝合金蒙皮全被腐蚀，表面呈灰片色失去金属光泽，个别部位腐蚀穿孔；而在北方地区飞行两年后，涂层开始破坏，五年后只有局部蒙皮有腐蚀现象，腐蚀速度比南方慢得多⑸；70年代购进的波音707型飞机被调往成都后