航空铝合金材料疲劳额定强度试验研究(2)

本次对航空飞行器机身材料2XXX-T3 系铝合金细节疲劳额定强度测试选择使用MTS 10 吨电液伺服低频疲劳试验机来完成，10 吨疲劳试验机最大静载荷为±100kN，动态载荷为±100kN，静态载荷误差≤±1%，动态载荷误差≤±3%。

试验载荷波形为正弦波，应力比R=0.06。试验加载频率设定为10Hz～20Hz，每组试验件的频率必须保持一致。对中检查使用数据采集箱e-DAQ 和应变片，采集试验件表面的应变值，来计算试验件对中度是否满足要求。应变片使用BE-120-3AA，标准电阻值：120Ω。

本着对试验严谨负责的态度，严格按照试验流程进行，试验结束后对每一组试验数据进行比对。按照weibull 分别计算出60 件试样的特征寿命，为了保证试验的可靠度，需要选取合适的应力水平（如试验件寿命在（1～5）×105次之间，则可继续在这一应力水平下重复试验或在80%Smax～120%Smax 之间微调试验应力重复试验，可重复3 根试样件，根据3 根试样的结果确定正式试验应力），使每组试验的特征寿命的有效值不少于5 个。

4 试验结果与讨论

4.1 疲劳试验寿命值探讨

本次试验最大应力为100MPa 和最小应力为6MPa 时，八组缺口试样的寿命值。疲劳寿命在平均值处上下波动，数值分布在- 次之间。

根据表2 经计算可得到八次疲劳试验的统计学数据中平均值为.3，标准差为.58，变异系数为0.。

表2 缺口试样八次疲劳寿命的统计学相关参数平均值images/BZ_7_541_1727_550_1764.png .3images/BZ_7_1005_1727_1014_1764.png标准差images/BZ_7_541_1785_550_1822.png .58images/BZ_7_1005_1782_1014_1819.png变异系数images/BZ_7_557_1836_566_1873.png 0.images/BZ_7_1005_1836_1014_1873.png

其中变异系数为0.，说明测试数据的离散程度较低，试样件性能较为稳定，低于0.25，符合预定目标。

4.2 试验标准的DFR

本次试样中细节疲劳额定强度（DFR）计算选用的是单点法计算，其计算式如下：

经计算，疲劳试验寿命值为 时，DFR 值为。

5 疲劳缺口分析

为更加直观明了的查看2XXX-T3 系铝合金的疲劳性能，对试验样品的缺口部分进行了扫描电镜观察，了解试样在应力条件下断裂的过程，既可以得出试样的疲劳类型，还可以推断出形成疲劳断裂的因素。

从图1 电镜扫描图片可以看出，截取的试样断口可以明显区分的组成部分有疲劳源区、疲劳辉纹、韧窝及金属间化合物等。在疲劳源区图中可以看出，整个疲劳断口中带有线状条带（疲劳辉纹）的区域分布最为广泛，其次是分布于右上角的粗糙区和左下角的疲劳源区。断裂源的具体位置由中线状条带、圈状条带纹路归集处所指示。裂纹扩展区是在应力作用下，裂纹由最开始的密集逐渐张开，形成表面较为光滑、各纹路之间走向一直间距规则的区域。韧窝及金属间化合物断口表面粗糙，是由于在应力作用下发生瞬间变形所致，属于韧性断裂，亦可以看到断口中存在大量的空洞。

图1 电镜扫描图

6 结论

本文从行业发展现状及需求入手，探讨出航空铝合金细节疲劳额定强度试验未来将拥有广阔的市场前景，而DFR 法因其具备快速求出应力值而将成为行业主流。依托DFR 法制备了试样及进行了八组缺口试样的测试，DFR 值为，疲劳寿命在平均值处上下波动，其变异系数为0.，对于要求的0.25，表明该试验方法有效。

[1]张兴芹.高强航空铝合金的疲劳性能与组织研究[D].沈阳：东北大学,2012.

[2]魏东.民机结构细节疲劳额定强度测试研究与试验验证[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学,2015.

文章来源：《测试技术学报》 网址: http://www.csjsxbzz.cn/qikandaodu/2021/0510/903.html