超高强铝合金蠕变寿命研究

论文摘要

X铝合金是国内研制的一种超高强铝合金,广泛应用于航空、航天等领域。作为专用机械的主要结构件材料,用户要求它在工况条件下的使用寿命长于15年。因为该铝合金的工作环境属于广义的蠕变环境,所以必须对该超高强铝合金的蠕变寿命进行系统的研究与评估。本课题分别应用古典材料力学和断裂力学理论研究了超高强铝合金的蠕变寿命。采用标准试样进行了蠕变试验,得到了超高强铝合金工况下的蠕变极限;采用成品铝筒试样进行了持久试验,得到了超高强铝合金工况下的持久强度;采用带缺口的铝筒试样进行了试验,得到了超高强铝合金蠕变断裂的门槛应力强度因子,估算了其安全运行的损伤容限。试验结果表明:（1）超高强铝合金在40℃下使用15年后蠕变总应变为1.5%所对应的蠕变极限为σ1.50%40（ 1 5年）= 495MPa;当工作应力σ<495MPa时,在15年内总应变≤1.5%,不会出现蠕变损伤及蠕变断裂。（2）超高强铝合金圆筒持久试验时,断裂时间t随外加应力σ的变化规律为σ=-17.90lnt+717.18。40℃时90%置信度下的持久强度为σ15年40（90%） = 508MPa±12MPa。当工作应力σ<496MPa时,铝筒在工况下使用15年不会发生蠕变断裂。（3）缺口铝筒试样在40℃、空气中蠕变断裂的门槛应力强度因子为Kth=16MPa·m1/2。外表面划伤、内表面裂纹以及内部缺陷的裂纹容限ac*分别为0.18mm、0.24mm、0.42mm,表面划伤比内壁裂纹以及内部缺陷更危险,裂纹容限最小。工况条件下,铝筒可以安全使用15年。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 超高强铝合金发展概况
• 1.1.1 国外超高强铝合金发展概况
• 1.1.2 国内超高强铝合金的发展概况
• 1.2 金属材料蠕变寿命研究的力学理论
• 1.2.1 古典材料力学
• 1.2.2 断裂力学
• 1.3 铝合金及铝基复合材料蠕变寿命研究概况
• 1.3.1 基于古典材料力学的研究概况
• 1.3.2 基于断裂力学的研究概况
• 1.4 课题的提出及研究内容
• 1.4.1 课题的提出
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 基于古典材料力学的超高强铝合金蠕变寿命研究
• 2.1 超高强铝合金的蠕变极限
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 实验过程
• 2.1.3 实验结果
• 2.1.4 讨论
• 2.1.5 小结
• 2.2 超高强铝合金的持久强度
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 实验系统
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.4 试验结果及讨论
• 2.2.5 小结
• 第三章 基于断裂力学的超高强铝合金蠕变寿命研究
• 3.1 概述
• 3.2 铝筒缺口试样的蠕变实验
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 实验结果
• 3.3 带缺口铝筒的寿命评估
• 3.3.1 铝筒表面划伤容限
• 3.3.2 铝筒内壁裂纹容限
• 3.3.3 铝筒内部缺陷容限
• 3.4 小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况
• 致谢