外国文献中对腐蚀损伤物理形态主要研究是通过采用数理统计、神经网络、随机过程等方法对暴露于环境中的材料的表面性能、表面腐蚀坑密度和尺寸、体积减少量等随时间的统计及试验研究。Godard [18]通过对铝合金的试验分析,提出了点蚀理论,并得出一个简单有效的估算蚀坑成长的公式 ,其中 为腐蚀深度, 为腐蚀时间, 是常数。文献[19]通过观察分析公式虽然是由铝合金试验得出的,可以适用于不同含水环境下的其它材料。这种点蚀理论为评估腐蚀损伤的描述提供了基础,难点是参数。文献[20,21]分别对AA2024—T3、AA7075—T6和AA7178（分别相当于LY12、LC9和LC4）进行了预腐蚀条件下，蚀坑的形成与发展研究。
文献[22]、[23]中提到,当结构件的主要的疲劳裂纹已经增长时，一般的腐蚀缺陷或者环境的缺陷不可能再与其竞争。从而根据主要的疲劳裂纹对对构件的剩余强度或者寿命进行分析。文献[24]中提到单纯的侵蚀环境作用因为腐蚀产物覆盖等原因而逐渐减缓,但疲劳载荷作用后,会破坏覆盖层,重新加速随后的环境作用。Hoeppner[25]中作者把Godard提出的点蚀理论与线弹性断裂力学(LEFM)理论结合起来形成点蚀疲劳理论,并且在此基础上提出了临界深度及腐蚀坑成长速度模型。由于环境的作用,腐蚀损伤不可以避免。因此,对环境损伤和结构寿命之间关系研究先定量统计分析环境引起的损伤度,再从一定的初始损失尺寸开始用疲劳裂纹扩展速率,预测腐蚀疲劳裂纹的寿命。
4 腐蚀损伤因子的提出
目前国内对预先存在的腐蚀损伤结构的疲劳寿命这一的问题进行了研究，基于断裂力学理论将预腐蚀形成的腐蚀损伤(预腐蚀试验件的腐蚀坑)等效为半椭圆和半圆形断裂力学缺陷来进行模拟分析裂纹，建立腐蚀疲劳寿命分析模型，从而实现了结构腐蚀、寿命及剩余强度分析。很少考虑到在腐蚀环境作用下,腐蚀形貌一直是变化的,腐蚀形貌的变化(确切的说是,腐蚀的损伤程度一直在增加)对构件的腐蚀损伤处的应力强度因子产生影响。论文参考。所以，可以对不同时刻的腐蚀损伤的三维尺度形态用一个腐蚀损伤因子来描述。这样就可以用腐蚀损伤因子来描述腐蚀形貌的变化。
5模型概述
利用飞机结构腐蚀损伤的三维尺度形态环描述环境损伤形貌，可以方便的将环境损伤物理形态和结构剩余强度或寿命结合起来，在实际预测中，可以起到方便、快捷的效果。用腐蚀损伤因子描述腐蚀损伤的三维尺度形态半椭圆和半圆形断裂力学缺陷来进行模拟分析裂纹，这样就可以建立腐蚀损伤因子和腐蚀形貌的关系，然后再通过建立不同时刻的腐蚀损伤模型计算应力强度因子，寻求腐蚀损伤因子对应力强度因子的影响规律。如图2表明了腐蚀损伤因子的引入建立起了腐蚀形貌和寿命之间的桥梁。图3是具体的可行性技术路线图。
图2腐蚀损伤因子的引入
图3 具体实施的可行性技术路线图
对不同时刻的腐蚀损伤形貌建立模型，也就是考虑到了腐蚀形貌的变化。这里也是用半椭圆和半圆形断裂力学缺陷来进行模拟分析裂纹。同时要考虑材料的初始不连续状态。初始不连续状态（Initial Discontinuity State，IDS）指的是材料或结构中的不连续状态（如制造加工缺陷、擦伤、小孔、夹杂等）的初始尺寸和数量。IDS与当量初始裂纹尺寸（EIFS）概念相似，并且与造成试件断裂的物理特征紧密联系，有着明确的物理意义。IDS作为在腐蚀中不被影响的一个材料特性加以考虑。图4为横截面上IDS等效的半圆形裂纹示意图，图5横截面上任意时刻的腐蚀坑等效的半椭圆尺寸。分以下三种模型进行计算分析, 其中模型3为已知腐蚀深度时的简化模型。
表1 三种半椭圆表面裂纹尺寸模型
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模型1 |
模型2 |
模型3 |
| 宽度方向的等效裂纹长度 |
2a+2IDS |
2a |
2IDS |
| 厚度方向的等效裂纹深度 |
c+ IDS |
c+IDS |
c+IDS |
图4 IDS等效的半圆形裂纹示意图
图5横截面上任意时刻的腐蚀坑等效的半椭圆尺寸。
6 结束语
本文对目前国内外关于腐蚀环境损伤对飞机结构使用寿命影响的常见的研究方法进行了分析和总结。并在此基础上，探讨了通过引入腐蚀损伤因子，并考虑材料的初始不连续状态，建立了腐蚀形貌和结构全寿命之间的关系的一种新的方法。并概述了这种新方法所建立的腐蚀损伤的三种模型，得出了全寿命研究方法可行性的技术路线。随着课题的进一步开展，课题组将对这种方法进行实际实验的分析与研究。
参考文献：
[1] 李成功,傅恒志,等.航空航天材料[M],国防工业出版社,2002
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[4] J. Congleton, I. H. Craig, R. A. Olieh and R. N. Parkins Someelectrochemical and microstructural aspects of corrosion fatigue. In: CorrosionFatigue: Mechanics, Metallurgy,chemistry, and Engineering, ASTM STP 801(Edited by T. W.Crooker and B. N. Leis), American Society for Testing andMaterials, West Conshohocken, PA, USA, 1983; pp: 367–389.
[5] C. L. Harmsworth Effect of corrosion on the fatiguebehavior of 2024-T4 aluminum alloy. ASD TR-61-121, Aeronautical SystemsDivision, Wright Patterson Air Force Base, OH, 1961;pp. 1–29.
[6] G. S. Chen, M. Gao and R. P. Wei Microconstituent-inducedpitting corrosion in aluminum alloy 2024-T3. Corrosion Science,1996;52(1),8–15.
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