CN110926976A - 一种三维增材修复后寿命增益的评价方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种三维增材修复后寿命增益的评价方法，所述评价方法包括：对试验件施加周期性疲劳载荷，获得与修复前的裂纹相同或相似的自然生成裂纹；对具有自然生成裂纹的试验件进行三维增材修复；对修复后的试验件进行疲劳考核，获取所述试验件的疲劳寿命，同时，对具有裂纹的未修复试验件进行疲劳考核，获取所述试验件的未修复的疲劳寿命；根据修复后的疲劳寿命及未修复的疲劳寿命确定修复所带来的寿命增益。本申请的三维增材修复后寿命增益的评价方法具有试验简单、高效的特点，能够通过最小的资源消耗准确评估三维增材修复的效果。

Description

一种三维增材修复后寿命增益的评价方法
技术领域
本申请属于疲劳试验领域，特别涉及一种三维增材修复后寿命增益的评价方法。
背景技术
飞机机体主承力构件由于所承受载荷大，易出现疲劳裂纹，一旦破坏将直接危及飞行安全。这类构件结构复杂、施工通路狭小同时还常处于燃油环境中，对裂纹的修复手段限制较为苛刻。传统的螺栓连接补强和胶接补强修理方式，以及搅拌摩擦焊等均难以胜任。为此提出了三维增材修复主承力构件的修理方法，该方法基于射流原理，通过高压气体带动喷涂粒子，形成高速粒子射流，与待修复构件碰撞发生剧烈的塑性变形，在待修复构件表面形成沉积层(喷涂体)。
增材修复通过喷涂体分担基体载荷，降低基体应力，延缓或抑制裂纹扩展，提高基体寿命。然而对于三维增材修复后寿命增益的确定，现有技术中却缺乏有力的验证支撑。
发明内容
本申请的目的是提供了一种三维增材修复后寿命增益的评价方法，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
本申请提供的技术方案是：一种三维增材修复后寿命增益的评价方法，所述评价方法包括：
对试验件施加周期性疲劳载荷，获得与修复前的裂纹相同或相似的自然生成裂纹；
对具有自然生成裂纹的试验件进行三维增材修复；
对修复后的试验件进行疲劳考核，获取所述试验件的疲劳寿命，同时，对具有裂纹的未修复试验件进行疲劳考核，获取所述试验件的未修复的疲劳寿命；
根据修复后的疲劳寿命及未修复的疲劳寿命确定修复所带来的寿命增益。
在本申请优选实施方案中，在对所述试验件施加周期性疲劳载荷前，在所述试验件上设置一豁口，以引导所述自然生成裂纹在所述豁口处生成。
在本申请优选实施方案中，所述豁口的形状为楔形。
在本申请优选实施方案中，所述豁口通过线切割工艺生产。
在本申请优选实施方案中，施加的所述周期性疲劳载荷为0～30％σb的等幅谱，且加载频次在10Hz以内，其中σb为抗拉强度。
在本申请优选实施方案中，所述寿命增益为
Figure BDA0002309648470000021
式中，δ1为喷涂修复后的试验件寿命，δ2为未喷涂的试验件寿命。
本申请的三维增材修复后寿命增益的评价方法具有试验简单、高效的特点，能够通过最小的资源消耗准确评估三维增材修复的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为本申请的三维增材修复后寿命增益的评价方法示意图。
图2为本申请中试验件预制示意图。
图3为本申请中试验件修复后示意图。
图4为本申请中试验件修复后剖面图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了解决背景技术中所提出的问题，本申请中提出了一种三维增材修复后寿命增益的评价方法，其能够对三维增材修复寿命进行准确评价。
如图1所示，本申请提供的三维增材修复后寿命增益的评价方法包括如下步骤：
S1、裂纹的预制
如图2所示，首先在试验件1上设置一疲劳薄弱区域，疲劳薄弱区域即为应力集中区域2，通过疲劳试验机对试验件施加周期性的疲劳载荷，可使试验件1上的疲劳薄弱区域产生自然生成裂纹3。通过施加周期性疲劳载荷而产生的裂纹相比于人工切割产生的裂口裂纹更加真实。
例如，在本申请的一实施例中，试验件1由7系铝合金材料制造，在试验件1的中部设计有大致为1mm×3mm的楔形应力集中区域，即图1中所示的豁口，该应力集中区域通过线切割工艺生成，这样产生的应力集中区域相比于压制产生的裂纹(在采用压制豁口时，相当于对豁口周围进行强化)不会影响豁口周围的组织结构。
在试验件1上标定裂纹3的长度，当裂纹3的长度对应于真实结构的裂纹长度时停止施加疲劳载荷，此时生成的裂纹3与真实结构中产生的裂纹具有相同或相似的结构。
在通过疲劳试验机施加周期性的疲劳载荷，为压缩试验时间可使用0～30％σb的等幅谱，同时为控制裂纹扩展速率，加载频次可在10Hz以内，σb为抗拉强度。
随着试验频次的增加，试验件1的上楔形应力集中区域2生成的自然生成裂纹3逐渐生长，在裂纹达到所需长度后，停止试验。
S2、三维增材修复
按照需要考核的增材修复方案及相应的工艺，对含有裂纹3的试验件1进行三维增材修复。三维增材修复过程大致为：通过高压的运载气体——氮气携带与试验件1相同系列的铝粉(本实施例中采用7075粉末)冲击试验件2两侧的裂纹区域，铝粉在裂纹区域部位会形成一层沉积层，沉积层即为喷涂体4，喷涂体4能够延缓裂纹的生长速度，提高结构强度。
三维增材修复过程按照相关工艺进行防护、吹砂等喷涂。对试验件1的喷涂在带有抽风除尘装置的操作箱内进行。喷涂的厚度应留有加工余量。喷涂结束24h以后，将试验件1上的喷涂体4铣切至需要的厚度，如图3和图4所示。
S3、再次进行疲劳试验
通过疲劳试验机施加评定考核所需的疲劳载荷谱继续进行试验。试验过程中应密切关注喷涂体的萌生及扩展速率，以及试验件基体的裂纹变化。喷涂体4裂纹可通过目视或渗透等手段获取。由于喷涂体4的遮挡，常规探伤手段难以获取基体裂纹的变化，通常采用三维X光扫描获取裂纹扩展情况。
试验中记录喷涂体4和试验件1基体的裂纹扩展曲线，其可以作为评价的判据。此外，喷涂体4与试验件基体是否剥离也是重要的评价判据，试验件1的终值寿命也可以评价增材修复有效性。
最后，根据修复后的试验件疲劳寿命及未修复的试验件疲劳寿命确定修复所带来的寿命增益，寿命增益通过如下公式计算：
Figure BDA0002309648470000041
式中，δ1为喷涂修复后的试验件寿命，δ2为未喷涂的试验件寿命。
通过对喷涂体裂纹萌生及扩展规律，喷涂体是否剥离，基体裂纹扩展速率变化，最终寿命增益的综合评估，给出增材修复有效性的结论。
本申请的三维增材修复后寿命增益的评价方法具有试验简单、高效的特点，能够通过最小的资源消耗准确评估三维增材修复后所带来的寿命增益。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种三维增材修复后寿命增益的评价方法，其特征在于，所述评价方法包括：
对试验件施加周期性疲劳载荷，获得与修复前的裂纹相同或相似的自然生成裂纹；
对具有自然生成裂纹的试验件进行三维增材修复；
对修复后的试验件进行疲劳考核，获取所述试验件的疲劳寿命，同时，对具有裂纹的未修复试验件进行疲劳考核，获取所述试验件的未修复的疲劳寿命；
根据修复后的疲劳寿命及未修复的疲劳寿命确定修复所带来的寿命增益。
2.如权利要求1所述的三维增材修复后寿命增益的评价方法，其特征在于，在对所述试验件施加周期性疲劳载荷前，在所述试验件上设置应力集中区，用于引导所述自然生成裂纹在所述豁口处生成。
3.如权利要求2所述的三维增材修复后寿命增益的评价方法，其特征在于，所述应力集中区的形状为楔形。
4.如权利要求2或3所述的三维增材修复后寿命增益的评价方法，其特征在于，所述应力集中区通过线切割工艺生产。
5.如权利要求1所述的三维增材修复后寿命增益的评价方法，其特征在于，施加的所述周期性疲劳载荷为0～30％σb的等幅谱，且加载频次在10Hz以内，其中σb为抗拉强度。
6.如权利要求1所述的三维增材修复后寿命增益的评价方法，其特征在于，所述寿命增益为
Figure FDA0002309648460000021
式中，δ1为喷涂修复后的试验件寿命，δ2为未喷涂的试验件寿命。
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