航空用铝锂合金结构选择性增强工艺与裂纹抑制机理研究

【摘要】摘要：现代民用客机日益向着大型化方向发展,安全、舒适、经济、环保成为飞机设计的基本要求。要达到经济、环保的要求,除了开发环保、高效的发动机外,飞机结构轻型化也是一个非常重要途径；在轻量化的同时,提高飞机构件的疲劳性能,对飞机的安全性起着决定性作用,各国科研工作者也一直致力于开发新型低密度材料及解决结构疲劳问题的研究。在结构设计方面,提出了许多新的飞机设计方法来提高结构安全性,在减轻结构重量的同时提高构件的疲劳寿命,选择性增强技术就是其中之一。本文在国家大飞机专项重点项目“铝锂合金综合设计技术研究”的资助下,以新一代铝锂合金(Al-Li-S-4)为研究对象,开展了铝锂合金结构选择性增强工艺及裂纹抑制机理的研究。通过理论计算、实验研究及有限元仿真等方法,研究了铝锂合金连接(胶接)机理与胶接工艺,制备了铝锂合金选择性增强构件并开展了构件的内应力、裂纹扩展的实验及仿真研究,为大飞机的机身选择性增强结构设计、制造提供理论支持与工艺参数,以提高我国飞机设计制造水平。论文的主要研究内容及如下：(1)在技术上突破了铝锂合金胶接性能的关键工艺：铝锂合金表面处理工艺,确定了最优的处理工艺参数。通过正交实验的方法,对表面处理工艺进行了优化,使之适合铝锂合金。探索出该合金的最佳表面处理工艺,大大提高了该材料的胶接连接性能,为胶接连接的铝锂合金选择性增强结构提供制备工艺。(2)基于边界层理论,利用商用有限元分析软件Marc.MSC建立混合失效的内聚力模型,对胶接边界应力奇异性进行了分析,提出了改进的胶接接头奇异点应力计算公式,对估算铝锂合金胶接接头端部的应力峰值提供了更为精确的计算方法；在此基础上,系统研究了铝锂合金胶接接头几何、物理参数(材料的厚度、接头长度、胶接剂的弹性模量、胶接剂厚度等)对接头内应力的影响,为选择性增强结构的胶接工艺改进提供理论上的支持。(3)利用有限元方法,建立热残余应力模型,研究了铝锂合金选择性增强构件由于高温固化时产生的热残余应力大小及其影响区域。并采用理论计算、实验研究相结合的方法验证了建立的有限元模型的有效性。(4)采用实验的方法研究了两种材料做增强板(钛合金、GLARE复合板)的选择性增强构件的裂纹扩展速率；并研究了不同几何尺寸的钛合金增强板对铝锂合金选择性增强结构试样裂纹扩展速率的影响；此外,对钛合金板螺栓与胶接混合增强构件的裂纹扩展速率做了研究；同时对增强材料与铝锂合金的匹配关系、连接方式做了初步的探讨,为选择性增强结构的设计方法提供了有效的参考。(5)采用实验数据与有限元分析相结合的方法研究了裂纹尖端应力与裂纹扩展速率及裂纹长度之间的关联关系,揭示了选择性增强构件裂纹抑制机理；在经典疲劳裂纹扩展模型公式(Paris公式)的基础上,利用实验数据,改进了经典公式适用于铝锂合金选择性增强结构特征构件的疲劳裂纹扩展速率公式,并通过实验结果验证了该公式在预测选择性增强构件裂纹扩展速率的有效性。
【作者】孙振起；
【导师】黄明辉；
【作者基本信息】中南大学，机械工程，2013，博士
【关键词】铝锂合金；胶接；选择性增强；疲劳裂纹扩展速率；热残余应力；

【参考文献】
[1]修博闻.浅论丁耀亢传奇作品中的民族意识[D].辽宁大学,中国古代文学,2012,硕士.
[2]刘文韬.二次电切治疗的疗效和二次电切残余肿瘤风险分析[D].中南大学,临床医学,2014,博士.
[3]何万民,侯振祥.唐钢高速线材轧机计算机控制系统[J].冶金自动化,1990,04:3-6+9.
[4]袁其亮.农药中间体2，3-二氯-5-三氟甲基吡啶的合成工艺研究[D].浙江工业大学,2006.
[5]兰江风.抑制素和JAK/STAT信号途径关键因子在甲壳动物免疫反应中的功能研究[D].山东大学,动物学,2014,博士.
[6]党旗.我国主板上市公司现金分红的特征变化研究[D].兰州商学院,会计学,2013,硕士.
[7]赵建红.论公司人格否认制度[D].中国政法大学,民商法学,2003,硕士.
[8]刘新梅,梁莹.基础设施产业政府规制的效率性分析[J].控制与决策,2002,S1:805-807.
[9]谭明友,刘福贵,董臣强,冯德永,张桂霞.埕北30潜山构造演化与油气富集规律研究[J].石油地球物理勘探,2002,02:134-137+148-200.
[10]洪玲霞,陆元昌,雷相东,谢阳生,国红,牟惠生.县级森林资源信息管理系统设计[J].林业科学研究,2005,03:284-291.
[11]赵羚妤.带状疱疹住院病例的回顾性研究及随访[D].北京中医药大学,中医外科学,2013,硕士.
[12]姬亚鹏.小长图无纸记录仪关键技术研究[D].浙江大学,系统工程,2004,硕士.
[13]郭杰.对浙科版《生物学》中遗传学内容进行连贯性评估的研究[D].首都师范大学,学科教学,2014,硕士.
[14]唐海红.中西医结合治疗肝硬化腹水的Meta分析[D].北京中医药大学,中医内科学,2013,硕士.
[15]王月英.中日初中数学教科书比较[D].内蒙古师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[16]罗江涛.知识型企业动态能力评估研究[D].大连理工大学,技术经济及管理,2004,硕士.
[17]林少坤.肾细胞癌中候选生物标志物TCF21甲基化的研究及其意义[D].福建医科大学,外科学,2014,硕士.
[18]施履楷.林机标准化工作的回顾与展望[J].林业机械.1984(02)
[19]田丰.我国城市社区公共服务中非政府组织参与路径研究[D].西北大学,行政管理,2014,硕士.
[20]张海燕,陈红.国外关于纳米级固体推进剂材料的研究[J].飞航导弹.2003(08)
[21]王元兰.植物源杀虫剂及其混配增效研究[D].中南林学院,生态学,2004,硕士.
[22]万秋兰,单渊达.多机电力系统发电机的同步稳定特性分析[J].电力系统自动化,2005,12:15-18+48.
[23]张宏科,罗洪斌.智慧协同网络体系基础研究[J].电子学报,2013,07:1249-1252+1254.
[24]宋雅琼.舆论监督对外部审计在维护国家金融安全中的作用研究[D].湖南师范大学,企业管理,2013,硕士.
[25]李文生.兰州城市交通拥堵问题及其对策研究[D].天津大学,高级工商管理,2013,硕士.
[26]潘键.完善我国公务员激励机制建设研究[D].西南大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[27]郭太清.企业信贷担保系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[28]欧阳赛.MOTOmed智能运动训练结合头皮针运动疗法对脑卒中患者下肢功能的影响[D].湖北中医药大学,针灸推拿学（专业学位）,2013,硕士.
[29]王俊.荧光介孔硅在抗癌药物阿霉素释放中的应用研究[D].西南大学,药物分析,2013,硕士.
[30]马峻.城市旅游景区游客满意度测评研究[D].浙江大学,2007.
[31]黄明奎.人参养荣汤治疗气血两虚型失眠症的中医临床研究[D].广州中医药大学,中医诊断学,2013,硕士.
[32]陈帆.CRT、IAP及TSP-1在人稽留流产蜕膜组织中的表达及意义[D].郑州大学,生殖医学,2013,硕士.
[33]李东.葫芦岛移动公司市场营销战略研究[D].吉林大学,工商管理,2012,硕士.
[34]姜莉莉,武玉国.毒死蜱环境安全性进展[J].农药科学与管理,2014,01:29-34.
[35]黄献军.初创型企业融资过程中对赌协议应用的风险及应对策略研究[D].北京交通大学,2014.
[36]张子阳.小腿动脉穿支血管的影像学研究与临床应用[D].遵义医学院,外科学,2012,硕士.
[37]李浩.光质对烤烟生长、烟叶光合特性及品质相关物质的影响[D].南京农业大学,作物栽培学与耕作学,2012,硕士.
[38]李翠萍.社会资本视角下城市社区和转制社区治理的比较研究[D].浙江工商大学,行政管理,2013,硕士.
[39]徐飞民.面向精益供应链的L公司生产及物流体系构建[D].河北工业大学,工商管理,2013,硕士.
[40]李乃乾,沈钧毅,田絮资.一种新的普遍化关联规则挖掘算法[J].计算机工程,2003,07:4-6.
[41]温广军.苯胺对浮萍营养生长和部分生理指标的毒性效应[D].扬州大学,水生生物学,2012,硕士.
[42]陈立勋.牛市和熊市中的兼并收购绩效比较研究[D].复旦大学,金融学,2012,硕士.
[43]郭新.我国电力产业的政府规制研究[D].山东师范大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.
[44]陈骄.ZH地产关键岗位后备人员培训方案优化设计[D].山东大学,工商管理（专业学位）,2013,硕士.
[45]黄志鹏.化学抑芽剂在红塔区烤烟生产上的推广应用研究[D].湖南农业大学,作物学,2012,硕士.
[46]罗彬,刘汉伟,梅涛,肖汉.基于PSD-BPA的电网潮流稳定计算分析平台开发与应用[J].电力系统自动化,2012,17:119-123.
[47]李楠.新型纳米材料修饰电极的制备及应用研究[D].西安建筑科技大学,生物化工,2013,硕士.
[48]廖城.连续油管在线检测系统的研制[D].南昌航空大学,测试计量技术及仪器,2014,硕士.
[49]张静.基于信息化的H公司EPC项目管理流程再造[D].西安工业大学,工商管理（专业学位）,2014,硕士.
[50]孟亚东,贾崇强,韩宝明,付燕荣.城市轨道交通运营安全评价的现状与展望[J].都市快轨交通,2014,04:17-20+24.