航空用鋁鋰合金結(jié)構(gòu)選擇性增強工藝與裂紋抑制機理研究.pdf

1、現(xiàn)代民用客機日益向著大型化方向發(fā)展，安全、舒適、經(jīng)濟、環(huán)保成為飛機設(shè)計的基本要求。要達到經(jīng)濟、環(huán)保的要求，除了開發(fā)環(huán)保、高效的發(fā)動機外，飛機結(jié)構(gòu)輕型化也是一個非常重要途徑;在輕量化的同時，提高飛機構(gòu)件的疲勞性能，對飛機的安全性起著決定性作用，各國科研工作者也一直致力于開發(fā)新型低密度材料及解決結(jié)構(gòu)疲勞問題的研究。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，提出了許多新的飛機設(shè)計方法來提高結(jié)構(gòu)安全性，在減輕結(jié)構(gòu)重量的同時提高構(gòu)件的疲勞壽命，選擇性增強技術(shù)就是其中之一。

2、
　　本文在國家大飛機專項重點項目“鋁鋰合金綜合設(shè)計技術(shù)研究”的資助下，以新一代鋁鋰合金(Al-Li-S-4)為研究對象，開展了鋁鋰合金結(jié)構(gòu)選擇性增強工藝及裂紋抑制機理的研究。通過理論計算、實驗研究及有限元仿真等方法，研究了鋁鋰合金連接（膠接）機理與膠接工藝，制備了鋁鋰合金選擇性增強構(gòu)件并開展了構(gòu)件的內(nèi)應(yīng)力、裂紋擴展的實驗及仿真研究，為大飛機的機身選擇性增強結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造提供理論支持與工藝參數(shù)，以提高我國飛機設(shè)計制造水平。論文的主

3、要研究內(nèi)容及如下:
　　(1)在技術(shù)上突破了鋁鋰合金膠接性能的關(guān)鍵工藝:鋁鋰合金表面處理工藝，確定了最優(yōu)的處理工藝參數(shù)。
　　通過正交實驗的方法，對表面處理工藝進行了優(yōu)化，使之適合鋁鋰合金。探索出該合金的最佳表面處理工藝，大大提高了該材料的膠接連接性能，為膠接連接的鋁鋰合金選擇性增強結(jié)構(gòu)提供制備工藝。
　　(2)基于邊界層理論，利用商用有限元分析軟件Marc.MSC建立混合失效的內(nèi)聚力模型，對膠接邊界應(yīng)力奇異性進行了分

4、析，提出了改進的膠接接頭奇異點應(yīng)力計算公式，對估算鋁鋰合金膠接接頭端部的應(yīng)力峰值提供了更為精確的計算方法;在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了鋁鋰合金膠接接頭幾何、物理參數(shù)（材料的厚度、接頭長度、膠接劑的彈性模量、膠接劑厚度等）對接頭內(nèi)應(yīng)力的影響，為選擇性增強結(jié)構(gòu)的膠接工藝改進提供理論上的支持。
　　(3)利用有限元方法，建立熱殘余應(yīng)力模型，研究了鋁鋰合金選擇性增強構(gòu)件由于高溫固化時產(chǎn)生的熱殘余應(yīng)力大小及其影響區(qū)域。并采用理論計算、實驗研究相結(jié)

5、合的方法驗證了建立的有限元模型的有效性。
　　(4)采用實驗的方法研究了兩種材料做增強板（鈦合金、GLARE復(fù)合板）的選擇性增強構(gòu)件的裂紋擴展速率;并研究了不同幾何尺寸的鈦合金增強板對鋁鋰合金選擇性增強結(jié)構(gòu)試樣裂紋擴展速率的影響;此外，對鈦合金板螺栓與膠接混合增強構(gòu)件的裂紋擴展速率做了研究;同時對增強材料與鋁鋰合金的匹配關(guān)系、連接方式做了初步的探討，為選擇性增強結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法提供了有效的參考。
　　(5)采用實驗數(shù)據(jù)與有限元