金屬材料日歷壽命確定的分散系數范文

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眾所周知，在金屬腐蝕日歷壽命確定中，是需要進行大量的腐蝕試驗的。這些腐蝕試驗數據，也與疲勞試驗數據一樣，存在著一定的分散性。在疲勞領域里，為了降低這種分散性給疲勞壽命確定帶來的不可靠性，而引進了具有高可靠度和高置信度的分散系數，用疲勞試驗平均壽命除以這個分散系數，即可得到高可靠度、高置信度的疲勞安全壽命。目前，國內外在金屬腐蝕日歷壽命確定中，尚沒有一套有效可用的方法。文獻[1]-[7]給出一種金屬腐蝕日歷壽命確定的一套方法和預計模型，已取得有效的試驗驗證。但沒有給出如何解決由于腐蝕試驗數據的分散，引起日歷壽命的不可靠的問題。本文為了解決這一問題，在金屬日歷壽命確定中，也像疲勞壽命確定中一樣，引入分散系數的概念，即想用具有高可靠度、高置信度的分散系數，去除腐蝕試驗結果的平均值，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題：一是研究和分析腐蝕試驗數據的分布規律，從而選擇符合這種分布規律的分散系數的計算模型；二是研究與計算可反映一些金屬材料的腐蝕試驗數據分散性的標準差；三是計算給出具有高可靠度、高置信度的分散系數取值。

1.一些航空材料的腐蝕試驗數據分布規律和腐蝕分散系數計算模型

1.1Ly12cz鋁合金最大腐蝕深度分布規律本文作者在2000年委托北京航空材料研究院測試三種航空材料T-H曲線時，已對Ly12cz材料的腐蝕深度分布規律進行了研究[8]。即用Ly12cz板材，每組5個試件，在28℃的EXCO溶液中，試驗72小時，每個試件共測25個區域的最大腐蝕深度，研究最大腐蝕深度t的分布規律。它們的頻數直方圖，見圖1。各數據點在正態概率坐標紙上近似一直線，r＝0.9897，這說明Ly12CZ鋁合金板材的最大腐蝕深度t符合正態分布。有關航空材料腐蝕深度符合正態分布的研究亦比較多，如文獻[9]對Ly12cz、7075T7351鋁合金的腐蝕深度分布規律進行了研究，其結果也是符合正態分布規律，在此不一一贅述。

1.2腐蝕分散系數的模型選擇大家知道，疲勞分散系數計算模型（1）是適用于疲勞試驗壽命符合正態或對數正態分布規律的公式[10][11]。式中fL為疲勞分散系數；pU和rU分別是與可靠度和置信度有關的標準正態偏量系數；S是壽命標準差；n是試驗件個數。我們前面研究最大腐蝕深度分布規律的目的就是想與疲勞分散系數比較，研究是否可以直接引入疲勞分散系數計算模型。在飛機腐蝕日歷壽命確定中，機體腐蝕深度（或失重）通常是度量日歷壽命的尺度，腐蝕深度的分布規律，也就代表了日歷壽命的分布規律。這樣我們可以說，腐蝕日歷壽命與疲勞壽命一樣，也遵循正態分布規律，因此適用于正態分布規律的疲勞分散系數公式（1），也可作為腐蝕日歷壽命分散系數計算公式，不過，此地的S應是腐蝕深度t（或失重）的標準差。為了方便，以下將腐蝕深度t和失重統稱腐蝕損傷。

2腐蝕損傷標準差的計算公式和取值

2.1腐蝕損傷標準差的模型選擇由于腐蝕損傷標準差的計算與疲勞試驗數據標準差的計算是一致的，因此可選用一般常用的標準差計算公式。

2.2腐蝕損傷標準差的取值（1）30CrMnSiA鋼腐蝕損傷標準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，我們在同一腐蝕溶液下，用-25℃、0℃、5℃、28℃和60℃五種溫度和每種溫度下的五個級別的腐蝕試驗時間（24h、72h、120h、192h和240h），共進行24種狀態下的腐蝕試驗。每種狀態取5個有效試件（試件號隨機抽取），測出每個試件的失重，用每組每個試件的失重和公式（2）計算出它們的標準差iS和平均值jS，列入表1－表5。（2）Ly12cz和7075T7351鋁合金腐蝕深度標準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，從文獻[9]中獲得了Ly12cz和7075T7351鋁合金的100個腐蝕深度試驗數據。按文獻[9]原試驗序號，每5個最大腐蝕深度分為一組，分別算出10組的標準差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的腐蝕失重和腐蝕深度的標準差的取值，這為計算分散系數提供了基礎數據。現取公式（1）中rU＝-1.282（對應置信度90％），n＝5，和求得的標準差0.0498、0.08119，分別計算不同可靠度（99.87％、99％和95％）的分散系數,見表8和表9。

4結論與討論

4.1通過Ly12cz鋁合金材料腐蝕試驗研究，得出腐蝕深度t是遵循正態分布規律。由此分布規律，選擇了腐蝕日歷壽命分散系數計算公式（1）。

4.2通過24種腐蝕狀態，118個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準差S=0.0498。通過對文獻[9]給出的100個Ly12CZ和7075T7351兩種鋁合金試件的腐蝕試驗數據研究，得到這兩種材料腐蝕深度的平均標準差S0.08119。

4.3由本文給出的合金鋼和鋁合金的標準差iS，用公式（1）算得它們的腐蝕試驗用的分散系數的取值，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值等于1.73，工程上建議取2。可見腐蝕試驗的分散系數遠比疲勞試驗的分散系數小。

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

作者：張福澤 單位：北京航空工程技術中心