一种金属的真实海洋大气腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤周期交替的实验方法与流程

1.本发明属于腐蚀与疲劳实验技术领域，特别是提供了一种金属的真实海洋大气腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤周期交替的实验方法。


背景技术：

2.众所周知，飞机在飞行过程中其金属构件会受到到循环交变载荷的疲劳损伤作用。此外，飞机金属构件在服役过程中，特别是在具有高温、高湿、高盐雾海洋大气环境的沿海地区服役时，还会遭受比较严重的大气腐蚀损伤作用。需要指出的是，飞机在沿海地区服役时，在高空飞行过程中，交变载荷引起的疲劳损伤占据主导地位，而海洋大气环境引起的腐蚀损伤较小；其在机场停放时，由于不存在交变载荷作用，故主要受到海洋大气腐蚀损伤。可见，飞机金属构件主要遭受的是“海洋大气环境+交变载荷+海洋大气环境+交变载荷+......”的周期交替耦合损伤过程。海洋大气环境腐蚀损伤和交变载荷疲劳损伤的周期交替耦合作用无疑会加速飞机金属构件的疲劳性能退化，降低其使用寿命，严重影响飞机服役安全性。
3.目前现有的海洋大气环境腐蚀与疲劳实验主要为环境预腐蚀+疲劳实验和环境腐蚀+疲劳同时进行实验。环境预腐蚀+疲劳实验主要是先将试样进行环境预腐蚀，然后再将其进行疲劳性能测试。环境腐蚀+疲劳同时进行实验主要是在实验室条件下，在疲劳性能测试设备上的循环载荷加载区域，增加一个用于模拟海洋大气环境的腐蚀盒，从而实现对试样进行环境腐蚀的同时，开展疲劳性能测试。可见，预腐蚀+疲劳实验和腐蚀+疲劳同时进行实验均不能反映海洋大气腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的周期交替耦合作用。另一方面，目前为数不多的海洋大气环境腐蚀与疲劳载荷交替实验均是在实验室模拟环境下进行；每次实验能够模拟的海洋大气环境因素非常有限，难以充分反映复杂的真实海洋大气环境腐蚀作用。因此，针对上述问题，开发一种金属的真实海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤周期交替的实验方法，对于更准确地研究飞机金属构件在海洋大气环境下服役时疲劳性能的退化行为、更精确地评估飞机金属构件的服役安全性，具有十分重要的意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种金属的海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤周期交替的实验方法，其能够充分反映真实海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的周期交替耦合作用，获得更真实可靠的具有重要参考和应用价值的海洋大气环境下飞机金属材料疲劳性能退化的相关基础数据。
5.本发明所述的一种金属的海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤周期交替的实验方法，其包括如下步骤：
6.s1，将实验用原始金属材料加工成标准尺寸的疲劳试样，并测试获得其疲劳性能基本数据；
7.s2，将标准尺寸疲劳试样置于真实海洋大气环境下，进行户外暴露实验；基于不同的暴露时间，获得系列具有不同海洋大气环境腐蚀损伤度的试样，并测试获得其疲劳性能基本数据；
8.s3，针对腐蚀损伤试样，进行疲劳交变载荷加载实验，加载一定的循环次数后卸载，获得海洋大气腐蚀与疲劳加载交替耦合损伤的试样，并测试获得其疲劳性能基本数据，完成海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的一次周期交替实验；
9.s4，利用s3中获得的腐蚀与疲劳交替耦合损伤试样，放置于同等真实海洋大气环境下，进行户外暴露实验；重复s2和s3，完成海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的多次周期交替实验。
10.进一步，所述s1、s2和s3中测试获得其疲劳性能基本数据的实验均在模拟沿海机场环境的实验室条件下开展；
11.进一步，所述s2中户外暴露实验在海南万宁环境试验站近海试验场开展，金属材料疲劳试样固定于试样架上，试样上表面朝南并与水平面成45
°
方向暴露；
12.进一步，所述s2中暴露时间为3～360天；
13.进一步，所述s3中疲劳交变载荷加载实验在模拟沿海机场环境的实验室条件下开展，应力水平为0.3fb～0.7fb，其中fb为金属材料的抗拉强度；
14.进一步，所述s3中加载一定的循环次数为10％nf～50％nf，其中nf为原始金属材料的疲劳寿命；
15.进一步，所述s4中完成海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的多次周期交替实验的次数为2～8次。
16.本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
17.1.本发明方法不仅考虑了腐蚀环境、腐蚀时间、疲劳载荷等变量，而且考虑了海洋大气环境腐蚀与疲劳交变载荷的周期交替次数这一重要变量，能够解决传统环境预腐蚀+疲劳实验和环境腐蚀+疲劳同时进行实验均不能有效反映海洋大气腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的周期交替耦合作用的问题。
18.2.本发明方法在海南万宁环境试验站开展海洋大气环境户外暴露实验，能够克服传统实验室模拟环境下的腐蚀与疲劳交替实验难以充分反映真实海洋大气环境中多种环境腐蚀因素的复杂综合作用等方面的不足。
19.3.本发明方法能够获得更真实可靠的具有重要参考和应用价值的海洋大气环境下飞机金属材料疲劳性能退化的相关基础数据，有助于海洋大气环境下飞机金属构件服役安全性的精确评估。
附图说明
20.图1是本发明的金属的真实海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤周期交替实验的流程图。
具体实施方式：
21.以下结合实施例对本发明进行具体描述。需要指出的是本实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制。
22.实施例一：7075铝合金的真实海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤周期交替实验
23.首先将7075铝合金材料加工成标准尺寸的板状疲劳试样，在模拟沿海机场环境的实验室条件下，采用轴向等幅疲劳加载方式，加载波形为正弦波，测试获得原始态7075铝合金材料的疲劳寿命基本数据；然后将7075铝合金疲劳试样置于海南万宁环境试验站近海试验场进行户外暴露实验，铝合金试样的上表面朝南并与水平面成45
°
方向固定于试样架上；暴露30天后，获得遭受海洋大气环境腐蚀损伤的7075铝合金试样，在模拟沿海机场环境的实验室条件下，采用轴向等幅疲劳加载方式，加载波形为正弦波，应力水平为230mpa，测试获得海洋大气环境腐蚀损伤7075铝合金试样的疲劳寿命基本数据；针对获得的海洋大气环境腐蚀损伤7075铝合金试样，在模拟沿海机场环境的实验室条件下，采用轴向等幅疲劳加载方式，加载波形为正弦波，应力水平为230mpa，开展疲劳交变载荷加载实验，循环加载2万次后，进行卸载取样，获得海洋大气环境腐蚀与疲劳交变载荷的周期交替耦合损伤试样，并在同等条件下测试获得其疲劳性能基本数据，完成7075铝合金材料的海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的1次周期交替实验；重复前述的周期交替实验步骤，完成7075铝合金材料的海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的5次周期交替实验。
24.实施例二：7085铝合金的真实海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤周期交替实验
25.首先将7085铝合金材料加工成标准尺寸的圆棒状疲劳试样，在模拟沿海机场环境的实验室条件下，采用轴向等幅疲劳加载方式，加载波形为正弦波，测试获得原始态7085铝合金材料的疲劳寿命基本数据；然后将7085铝合金疲劳试样置于海南万宁环境试验站近海试验场进行户外暴露实验，铝合金试样的上表面朝南并与水平面成45
°
方向固定于试样架上；暴露20天后，获得遭受海洋大气环境腐蚀损伤的7085铝合金试样，在模拟沿海机场环境的实验室条件下，采用轴向等幅疲劳加载方式，加载波形为正弦波，应力水平为185mpa，测试获得海洋大气环境腐蚀损伤7085铝合金试样的疲劳寿命基本数据；针对获得的海洋大气环境腐蚀损伤7085铝合金试样，在模拟沿海机场环境的实验室条件下，采用轴向等幅疲劳加载方式，加载波形为正弦波，应力水平为185mpa，开展疲劳交变载荷加载实验，循环加载1万次后，进行卸载取样，获得海洋大气环境腐蚀与疲劳交变载荷的周期交替耦合损伤试样，并在同等条件下测试获得其疲劳性能基本数据，完成7085铝合金材料的海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的1次周期交替实验；重复前述的周期交替实验步骤，完成7085铝合金材料的海洋大气环境腐蚀损伤与交变载荷疲劳损伤的7次周期交替实验。