金屬材料日歷壽命確定的分散系數(shù)范文

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眾所周知，在金屬腐蝕日歷壽命確定中，是需要進(jìn)行大量的腐蝕試驗(yàn)的。這些腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)，也與疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)一樣，存在著一定的分散性。在疲勞領(lǐng)域里，為了降低這種分散性給疲勞壽命確定帶來(lái)的不可靠性，而引進(jìn)了具有高可靠度和高置信度的分散系數(shù)，用疲勞試驗(yàn)平均壽命除以這個(gè)分散系數(shù)，即可得到高可靠度、高置信度的疲勞安全壽命。目前，國(guó)內(nèi)外在金屬腐蝕日歷壽命確定中，尚沒(méi)有一套有效可用的方法。文獻(xiàn)[1]-[7]給出一種金屬腐蝕日歷壽命確定的一套方法和預(yù)計(jì)模型，已取得有效的試驗(yàn)驗(yàn)證。但沒(méi)有給出如何解決由于腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散，引起日歷壽命的不可靠的問(wèn)題。本文為了解決這一問(wèn)題，在金屬日歷壽命確定中，也像疲勞壽命確定中一樣，引入分散系數(shù)的概念，即想用具有高可靠度、高置信度的分散系數(shù)，去除腐蝕試驗(yàn)結(jié)果的平均值，獲得高可靠度和高置信度的日歷壽命。本文在這一命題上，研究如下三方面的問(wèn)題：一是研究和分析腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布規(guī)律，從而選擇符合這種分布規(guī)律的分散系數(shù)的計(jì)算模型；二是研究與計(jì)算可反映一些金屬材料的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)分散性的標(biāo)準(zhǔn)差；三是計(jì)算給出具有高可靠度、高置信度的分散系數(shù)取值。

1.一些航空材料的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)分布規(guī)律和腐蝕分散系數(shù)計(jì)算模型

1.1Ly12cz鋁合金最大腐蝕深度分布規(guī)律本文作者在2000年委托北京航空材料研究院測(cè)試三種航空材料T-H曲線時(shí)，已對(duì)Ly12cz材料的腐蝕深度分布規(guī)律進(jìn)行了研究[8]。即用Ly12cz板材，每組5個(gè)試件，在28℃的EXCO溶液中，試驗(yàn)72小時(shí)，每個(gè)試件共測(cè)25個(gè)區(qū)域的最大腐蝕深度，研究最大腐蝕深度t的分布規(guī)律。它們的頻數(shù)直方圖，見(jiàn)圖1。各數(shù)據(jù)點(diǎn)在正態(tài)概率坐標(biāo)紙上近似一直線，r＝0.9897，這說(shuō)明Ly12CZ鋁合金板材的最大腐蝕深度t符合正態(tài)分布。有關(guān)航空材料腐蝕深度符合正態(tài)分布的研究亦比較多，如文獻(xiàn)[9]對(duì)Ly12cz、7075T7351鋁合金的腐蝕深度分布規(guī)律進(jìn)行了研究，其結(jié)果也是符合正態(tài)分布規(guī)律，在此不一一贅述。

1.2腐蝕分散系數(shù)的模型選擇大家知道，疲勞分散系數(shù)計(jì)算模型（1）是適用于疲勞試驗(yàn)壽命符合正態(tài)或?qū)?shù)正態(tài)分布規(guī)律的公式[10][11]。式中fL為疲勞分散系數(shù)；pU和rU分別是與可靠度和置信度有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏量系數(shù)；S是壽命標(biāo)準(zhǔn)差；n是試驗(yàn)件個(gè)數(shù)。我們前面研究最大腐蝕深度分布規(guī)律的目的就是想與疲勞分散系數(shù)比較，研究是否可以直接引入疲勞分散系數(shù)計(jì)算模型。在飛機(jī)腐蝕日歷壽命確定中，機(jī)體腐蝕深度（或失重）通常是度量日歷壽命的尺度，腐蝕深度的分布規(guī)律，也就代表了日歷壽命的分布規(guī)律。這樣我們可以說(shuō)，腐蝕日歷壽命與疲勞壽命一樣，也遵循正態(tài)分布規(guī)律，因此適用于正態(tài)分布規(guī)律的疲勞分散系數(shù)公式（1），也可作為腐蝕日歷壽命分散系數(shù)計(jì)算公式，不過(guò)，此地的S應(yīng)是腐蝕深度t（或失重）的標(biāo)準(zhǔn)差。為了方便，以下將腐蝕深度t和失重統(tǒng)稱腐蝕損傷。

2腐蝕損傷標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算公式和取值

2.1腐蝕損傷標(biāo)準(zhǔn)差的模型選擇由于腐蝕損傷標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算與疲勞試驗(yàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算是一致的，因此可選用一般常用的標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算公式。

2.2腐蝕損傷標(biāo)準(zhǔn)差的取值（1）30CrMnSiA鋼腐蝕損傷標(biāo)準(zhǔn)差的取值為了研究常用航空材料30CrMnSiA合金鋼在不同腐蝕溫度、不同腐蝕失重的分散性，我們?cè)谕桓g溶液下，用-25℃、0℃、5℃、28℃和60℃五種溫度和每種溫度下的五個(gè)級(jí)別的腐蝕試驗(yàn)時(shí)間（24h、72h、120h、192h和240h），共進(jìn)行24種狀態(tài)下的腐蝕試驗(yàn)。每種狀態(tài)取5個(gè)有效試件（試件號(hào)隨機(jī)抽取），測(cè)出每個(gè)試件的失重，用每組每個(gè)試件的失重和公式（2）計(jì)算出它們的標(biāo)準(zhǔn)差iS和平均值jS，列入表1－表5。（2）Ly12cz和7075T7351鋁合金腐蝕深度標(biāo)準(zhǔn)差的取值為了研究常用航空鋁合金材料的腐蝕分散性，我們查閱了諸多文獻(xiàn)，從文獻(xiàn)[9]中獲得了Ly12cz和7075T7351鋁合金的100個(gè)腐蝕深度試驗(yàn)數(shù)據(jù)。按文獻(xiàn)[9]原試驗(yàn)序號(hào)，每5個(gè)最大腐蝕深度分為一組，分別算出10組的標(biāo)準(zhǔn)差Si和平均1S、2S，列入表6和表7。

3金屬腐蝕日歷壽命的分散系數(shù)的取值

前面研究了30CrMnSiA、Ly12cz和7075T7351三種航空材料與日歷壽命相關(guān)的腐蝕失重和腐蝕深度的標(biāo)準(zhǔn)差的取值，這為計(jì)算分散系數(shù)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。現(xiàn)取公式（1）中rU＝-1.282（對(duì)應(yīng)置信度90％），n＝5，和求得的標(biāo)準(zhǔn)差0.0498、0.08119，分別計(jì)算不同可靠度（99.87％、99％和95％）的分散系數(shù),見(jiàn)表8和表9。

4結(jié)論與討論

4.1通過(guò)Ly12cz鋁合金材料腐蝕試驗(yàn)研究，得出腐蝕深度t是遵循正態(tài)分布規(guī)律。由此分布規(guī)律，選擇了腐蝕日歷壽命分散系數(shù)計(jì)算公式（1）。

4.2通過(guò)24種腐蝕狀態(tài)，118個(gè)30CrMnSiA合金鋼試件中的腐蝕失重研究，給出了它們失重的平均標(biāo)準(zhǔn)差S=0.0498。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)[9]給出的100個(gè)Ly12CZ和7075T7351兩種鋁合金試件的腐蝕試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究，得到這兩種材料腐蝕深度的平均標(biāo)準(zhǔn)差S0.08119。

4.3由本文給出的合金鋼和鋁合金的標(biāo)準(zhǔn)差iS，用公式（1）算得它們的腐蝕試驗(yàn)用的分散系數(shù)的取值，如表8和表9。從表中可以看出，可靠度取99.87%，則三種材料所謂平均分散系數(shù)值等于1.73，工程上建議取2。可見(jiàn)腐蝕試驗(yàn)的分散系數(shù)遠(yuǎn)比疲勞試驗(yàn)的分散系數(shù)小。

4.4由于金屬腐蝕是比較緩慢的，而且比較好檢查，因此本文認(rèn)為，腐蝕試驗(yàn)用的分散系數(shù)的可靠度可以比疲勞試驗(yàn)用的疲勞分散系數(shù)的可靠度低一些，是99％？還是95％？可以討論。如果取99％，則腐蝕試驗(yàn)用的分散系數(shù)在1.4～1.7之間（平均1.55）。如果取95％，則腐蝕試驗(yàn)用的分散系數(shù)在1.29～1.52之間（平均1.4）。

作者：張福澤 單位：北京航空工程技術(shù)中心