飞机结构腐蚀损伤分布及失效规律研究

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1、第40卷第3期2010年5月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueVoI．40No．3Mav．2010飞机结构腐蚀损伤分布及失效规律研究杨凯1，金平2，范存智3(1．海军航空工程学院青岛分院研究生队，山东青岛266041；2．海军航空工程学院青岛分院航空机械系，山东青岛266041；3．海军兵种指挥学院，广东广州510430)摘要：针对现役飞机结构腐蚀损伤，选取正态分布、Gumbel第一型极值分布、Logistic分布、双参数Weibull分布以及三参数Weibull分

2、布进行统计特征研究。结果表明，腐蚀深度数据均较好地服从以上五种分布规律。其中三参数weibull分布的相关系数最高。根据三参数Weibull分布得到的95％置信度下不同使用日历年限的腐蚀深度数据，利用Origin7．5软件对数据进行拟合，得到防护涂层有效期约为4年。关键词：腐蚀深度；统计分析；三参数Weibull分布；失效规律中图分类号：0212文献标识码：A文章编号：1671．654X(2010)03．0065．03引言现役飞机结构材料中，70％以上的高强铝合金是易腐蚀材料。分布在沿海地区的飞机，由于

3、服役环境都很恶劣，结构中主要承力的高强铝合金型材发生腐蚀现象非常普遍，这将大大缩短飞机结构的使用寿命，严重影响飞行安全。为了较准确地预测飞机的日历寿命，保证海军现役飞机飞行安全和维修的经济性，须对其分布规律及失效规律进行研究。从飞机的外场维护角度来看，外场飞机检查中一旦发现腐蚀部位，须立即按技术要求进行防腐蚀处理，很难在现役飞机上得到同一部位腐蚀坑的连续发展数据。因此，须采用数理统计的方法，对外场维护中普查到的腐蚀数据进行统计分析，以提高外场腐蚀实测数据的应用可靠性。本文通过部队调研获得的飞机结构腐蚀损

4、伤数据，采用数理统计理论对腐蚀损伤进行了统计分析，得到了分布规律，给出了最佳分布形式及防护涂层有效期。1腐蚀损伤的表征腐蚀损伤可以用多种特征量来表征，例如腐蚀深度、面积、体积等。一般来说，腐蚀损伤是不规则的，其几何形状也十分复杂。本文选取腐蚀深度作为表征腐蚀损伤的度量值。飞机结构的主要承力件，包括翼梁缘条、腹板、对接型材、油箱舱桁条、中央翼和外翼长桁等采用高强铝合金制造，此类构件外场维修时不易拆换，所以其腐蚀损伤规律及日历寿命是研究的重点。本文选取某型飞机翼梁缘条的腐蚀深度数据为研究对象。2腐蚀深度的统

5、计特征2．1几种分布形式以往研究表明，腐蚀损伤分布形式有正态分布‘1．2l、Gumbel第一型极值分布‘3j、Logistic分布[4

6、、双参数WeibuU分布以及三参数Weibull分布睁1等。本文假设调研获得的腐蚀深度数据也服从以上五种分布，并进行检验和比较研究，从而确定最优分布形式。三参数Weibull分布的概率密度公式中肛为位置参数，gr为尺度参数，口为形状参数。2．2统计参量估计对正态分布、Gumbel第一型极值分布、Logistic分布、双参数Weibull分布及三参数Weibull分布的累

7、积分布函数(CDF)等式两边取对数，都可以得到形如(1)式的线性方程。Y=A+BX(1)各分布的线性回归函数以及截距A，斜率曰的定义如表1所示。表l统计分布的线性回归函数分布函数XYA曰一W口1／o"正态分布z面一1[F(x)]笸一G刑u扔mb佶el给右膏lnln[1／F(戈)]∥旷一1／矿第一型极值分布5“纠j∥o一”Logistic分布石In{F(x)／[1一F(x)]}一Ⅳ／盯l／盯双参数Weibull分布lnxlnln[1／(1一F(x))]一肛n矿卢三参数Weibull分布ln(x-／z)ln

8、ln[1／(1一F(省))]一纠tlO"卢在上表中，三参数Weibull分布中x是位置参数的函数。故必须先求出位置参数才能应用最dx--乘法收稿日期：2009．12—16修订日期：20lO．03．19作者简介：杨凯(1985一)，男，湖北应城人，硕士研究生，研究方向为飞机结构寿命与可靠性。-66·航空计算技术第40卷第3期点估计尺度参数和形状参数。由于所要求的位置参数p必须使Pearson统计参量一线形拟合相关系数Irl取最大值，所以由dIr(肛)I／dp．=0可以求得Ⅱ，等价于dr2(／比)／dg=0

9、。求导后得到：E(肛)=(1,J1。)一(1，o／l。)=0(2)其帆=骞再Xi一上n(争iffil驯争i=1去)”荟nx土l-It一寺(扣(耋忐)1。=∑(置一习2l彬=∑(戈i一刃(q一刃由于该式比较复杂．不易直接求解。本文采用绘图法，用MATLAB绘出函数的曲线图，曲线与横轴的交点即为p值。统计检验时，各数据的统计概率可按下式计算：iPi=‘南(N=36，i=1，⋯，J7v)(3)2．3统计检验将调研得到的腐蚀深度数据进行升序排列，并