铝合金点蚀坑特征识别及其疲劳寿命预测

【摘要】飞机上普遍使用的铝合金材料对腐蚀介质比较敏感,在腐蚀环境下容易形成点蚀坑,而点蚀坑的存在会加速形成疲劳裂纹并扩展,从而影响飞机结构的寿命。作为记录了金属材料表面形貌重要载体的腐蚀图像,它反映了腐蚀引起的材料表面形貌变化和腐蚀损伤程度。故对腐蚀图像加以研究,找出其中包含的腐蚀信息,进行适当的表征,并将这些信息用于疲劳寿命的预测具有重要的研究价值。本文主要研究了基于计算机图像处理技术的腐蚀坑三维特征提取方法,并在此基础上,对不同的腐蚀损伤表征参量进行了统计规律分析,采用当量裂纹法对预腐蚀损伤铝合金7075进行疲劳寿命预测。主要内容包括：(1)在实验室环境下,使用光学显微镜KeyenceVHX-600和白光共聚焦显微镜NikonECLIPSE分别对不同预腐蚀时间的2524、7075铝合金试样进行腐蚀形貌图像采集。对比了小波增强变换采用不同的阈值函数,在图像分割时采用K均值聚类和边缘检测对腐蚀形貌图像处理的效果优劣。在对腐蚀坑三维重构的基础上,提取了腐蚀坑的三维几何特征和分形特征。(2)以提取的三维特征参数为样本,统计分析了不同预腐蚀时间下的各种腐蚀损伤表征参量的分布规律。其中,腐蚀坑深度服从Gumbel分布、正态分布、威布尔分布和对数正态4种分布,腐蚀坑曲面面积和腐蚀损伤表征参量ab/2c2服从Gamma分布。(3)采用高频疲劳试验机,对不同预腐蚀时间下的7075铝合金试样进行了S-N曲线测试,分析了预腐蚀损伤时间对疲劳S-N曲线的影响。并对疲劳断口进行了显微观测,发现在正应力比下,疲劳裂纹往往优先从应力集中的腐蚀坑处萌生,并统计了作为裂纹源的腐蚀坑的几何尺寸。(4)基于腐蚀坑-当量裂纹方法,采用NASGRO裂纹扩展软件对试件进行了寿命预测。发现在疲劳裂纹源为腐蚀坑处的正应力比0.5和0.06时,寿命预测结果分散带均在1.6倍因子以内；在应力比为-1时,裂纹为角裂纹时,预测寿命比试验寿命偏大。
【作者】李智；
【导师】陈立杰；
【作者基本信息】厦门大学，航空宇航制造工程，2014，硕士
【关键词】腐蚀；特征识别；损伤表征；当量裂纹；寿命预测；

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