CN112326473B - 腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法 - Google Patents

腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法 Download PDF

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Abstract

本说明书提供一种腐蚀‑疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法。具体包括：获取装备的服役状态；根据所述任务状态，确定所述装备的典型任务剖面；根据所述典型任务剖面，确定所述装备的构件的至少一阶段载荷谱；根据所述至少一阶段载荷谱，确定所述构件的疲劳载荷加速谱；根据所述构件的局部特征、所述服役状态及其对应的环境信息，确定所述构件的腐蚀环境加速谱；根据所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，确定所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱的组合，即得所述构件的腐蚀‑疲劳协同加载的环境/载荷试验谱，从而实现对构件腐蚀‑疲劳协同作用环境效应的研究，为快速、准确评定腐蚀环境下装备的构件的腐蚀疲劳寿命提供支撑。

Description

腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及测试技术领域，尤其涉及一种腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法。
背景技术
随着国际交往的加深，装备产品能否适应全球典型气候区域的自然环境及平台使用的诱发环境，保持较高的多地域使用的环境适应性和使用寿命指标，成为产品是否能够迅速和以高占有率抢占国际市场的关键要素。尤其是海工机械、航空航天、船舶等行业装备，它们在海洋环境下使用，对装备的构件在腐蚀环境与疲劳载荷协同作用的耐久性要求越来越高。
目前装备的构件腐蚀-疲劳协同作用环境效应的研究还不多，无法充分暴露气候环境和动态载荷综合影响下装备环境适应性不足的问题。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法，以解决现有技术中对于装备的构件腐蚀-疲劳协同作用环境效应的研究还不多，无法充分暴露气候环境和动态载荷综合影响下装备环境适应性不足的技术问题。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法，包括：
获取装备的服役状态；其中，所述服役状态包括非任务状态和任务状态；
根据所述任务状态，确定所述装备的典型任务剖面；其中，所述典型任务剖面包括至少一任务阶段；
根据所述典型任务剖面，确定所述装备的构件的至少一阶段载荷谱；其中，所述至少一阶段载荷谱与所述至少一任务阶段相对应；
根据所述至少一阶段载荷谱，确定所述构件的疲劳载荷加速谱；
根据所述构件的局部特征、所述服役状态及其对应的环境信息，确定所述构件的腐蚀环境加速谱；
根据所述非任务状态和所述任务状态的耐久性影响因素，基于所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，确定所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱的组合，即得所述构件的腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱。
进一步地，所述根据所述典型任务剖面，确定所述装备的构件的至少一阶段载荷谱的步骤，包括：
通过执行所述典型任务剖面，采集所述构件在所述至少一任务阶段的载荷数据并处理获得所述构件的至少一阶段载荷；
通过对多次重复采集的所述构件的至少一阶段载荷进行均值处理，获得所述构件的至少一阶段载荷谱。
进一步地，对所述至少一任务阶段的载荷数据进行处理的方法选自载荷数据简化、雨流计数、极值处理和分级统计中的一者或多者。
进一步地，所述根据所述至少一阶段载荷谱，确定所述构件的疲劳载荷加速谱的步骤，包括：
按照所述典型任务剖面对应的阶段顺序，对所述至少一阶段载荷谱进行预处理，获得所述构件的瞬态疲劳载荷谱；
利用损伤等效方法对所述瞬态疲劳载荷谱进行简化合并处理；
按照预设排列标准，对损伤等效方法处理后的疲劳载荷值和循环次数进行排列组合，获得所述构件的疲劳载荷试验谱；
对所述疲劳载荷试验谱进行加重处理获取所述构件的疲劳载荷加速谱。
进一步地，所述根据所述构件的局部特征、所述服役状态及其对应的环境信息，确定所述构件的腐蚀环境加速谱的步骤，具体包括：
根据所述构件的局部特征，确定所述构件的局部环境谱；
根据所述非任务状态及其对应的环境信息，确定所述构件的非任务状态环境谱；
根据所述任务状态及其对应的环境信息，确定所述构件的任务状态环境谱；
根据所述局部环境谱、所述非任务状态环境谱和所述任务状态环境谱，确定所述构件在预设标准状态的持续时间；
根据所述持续时间、预设的加速倍数以及所述构件在不同腐蚀条件下的腐蚀加速关系及折算系数，确定所述构件的腐蚀环境加速谱。
进一步地，所述不同腐蚀条件包括酸性盐雾、干湿循环中的一者或多者。
进一步地，所述构件的局部特征包括结构热环境、结构形式与特征、构件所处的位置、材料特性中的一者或多者。
进一步地，所述对应的环境信息包括多个环境因素；
所述根据所述非任务状态及其对应的环境信息，确定所述构件的非任务状态环境谱的步骤，具体包括：
根据所述多个环境因素对所述构件的腐蚀程度，确定主要环境因素并简化处理；所述主要环境因素包括温度；
基于不同的温度区间，累积其余主要环境因素的持续时间，获得所述构件的非任务状态环境谱。
进一步地，所述根据所述非任务状态和所述任务状态的耐久性影响因素，基于所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，确定所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱的组合的步骤，包括：
根据所述非任务状态和所述任务状态的耐久性影响因素，按照非任务状态至任务状态的顺序，确定当量非任务状态和当量任务状态各自对应的疲劳载荷加速谱和/或腐蚀环境加速谱；
根据所述非任务状态的平均持续时间以及所述腐蚀环境加速谱的加速系数，确定当量非任务状态对应的腐蚀环境加速谱的持续时间；
根据所述疲劳载荷加速谱等效的实际任务状态次数、当量年限内对应的任务状态次数，确定当量任务状态对应的疲劳载荷加速谱的施加次数。
进一步地，所述腐蚀环境加速谱包括局部腐蚀环境加速谱；所述局部腐蚀环境加速谱与所述疲劳载荷加速谱相互配合。
从上面所述可以看出，本说明书一个或多个实施例提供的腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法，通过获取装备的服役状态；其中，所述服役状态包括非任务状态和任务状态；根据所述任务状态，确定所述装备的典型任务剖面，基于所述典型任务剖面确定所述构件的疲劳载荷加速谱；根据所述构件的局部特征、所述服役状态及其对应的环境信息，确定所述构件的腐蚀环境加速谱；根据所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，确定所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱的组合，即得所述构件的腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱。
通过这样的技术方案，基于所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，将所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱进行有效的组合，从而实现对构件腐蚀-疲劳协同作用环境效应的研究，为快速、准确评定腐蚀环境下装备的构件的腐蚀疲劳寿命提供支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例提供的设计方法的一种流程示意图；
图2为本说明书一个或多个实施例提供的确定疲劳载荷加速谱的一种流程示意图；
图3为本说明书一个或多个实施例提供的确定疲劳载荷加速谱的又一种流程示意图；
图4为本说明书一个或多个实施例提供的腐蚀环境加速谱的一种流程示意图；
图5为本说明书一个或多个实施例提供的装备构件的服务状态的一种示意图；
图6为本说明书一个或多个实施例提供的装备构件的疲劳载荷加速谱的示意图；
图7为本说明书一个或多个实施例提供的装备构件的腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
现有技术中，通过开展构件的使用环境试验，监测和测量构件的腐蚀疲劳损伤行为及耐久性。这种的试验方式使得构件经历的环境应力作用过程及腐蚀疲劳效应比较真实，但是需要专用的装备结构连接形式，在装备使用过程中进行监测和测试很不方便，且一般试验周期特别长，且需要安排和布置目标地域的专用试验场地，在时间、经费、技术条件上较难实现且代价巨大，已经远远不能满足装备研制及快速更新换代的发展趋势。
作为一种替代的方式，开展实验室腐蚀疲劳综合环境试验，采用安全系数或最大化包络试验条件的加严考核方式，通过加大施加的环境应力来加速模拟构件经历的腐蚀疲劳协同环境效应，实现在较短时间内对结构腐蚀疲劳寿命进行验证或评定的目标。然而，目前的加速试验方案存在试验考核项目单一和覆盖性不足等问题，试验条件设置没有充分考虑使用环境因素数据，可能与实际服役环境条件相差较远；并且一般将腐蚀效应与疲劳损伤单独考虑或者简单叠加，没有依据装备实际使用环境剖面，从腐蚀环境与疲劳载荷协同作用的机理上考虑腐蚀过程与疲劳加载的相互促进影响，难以准确评价腐蚀环境下装备的关键结构腐蚀疲劳寿命的问题，缺少工程应用的实用性和指导性。
由此，本说明书的一个或多个实施例提供一种腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法。
如图1所示，所述设计方法，包括：
步骤101：获取装备的服役状态；其中，所述服役状态包括非任务状态和任务状态。
示例性的，所述装备选自机载装备。相应的，所述非任务状态包括但不限于地(舰)面库房存放、测试维护、待命准备；所述任务状态包括但不限于战备值班、挂飞。
步骤102：根据所述任务状态，确定所述装备的典型任务剖面；其中，所述典型任务剖面包括至少一任务阶段。
需要说明的是，所述典型任务剖面包括时序信息，当所述典型任务剖面包括多个任务阶段时，所述多个任务阶段具有时间上的先后顺序。
步骤103：根据所述典型任务剖面，确定所述装备的构件的至少一阶段载荷谱；其中，所述至少一阶段载荷谱与所述至少一任务阶段相对应。
需要说明的是，根据装备结构组成及自然环境暴露情况，装备中不同构件遭受疲劳载荷作用和腐蚀环境的影响的程度存在巨大的差异。可选地，本实施例中的构件选自装备中遭受疲劳载荷作用和腐蚀环境的影响严重的部件。
进一步地，对于所述构件的选择，本领域技术人员能够根据装备结构组成、自然环境暴露情况等来判断，这里不做具体限定。
示例性的，对于飞机、舰船来说，舱外构件一般完全暴露于大气环境中，经历的腐蚀最为严重。
需要说明的是，对于不同的任务阶段，构件的载荷可能存在差异，因此需要确定所述构件与所述至少一任务阶段相对应的载荷谱。
示例性的，对于机载设备来说，所述典型任务剖面至少包括地面滑行、起飞爬升、空中飞行等。显然，对于构件来说，地面滑行、起飞爬升、空中飞行受到的载荷并不相同。
应当理解的，所述典型任务剖面包括多少个任务阶段，则能够据此确定多少个阶段载荷谱。
步骤104：根据所述至少一阶段载荷谱，确定所述构件的疲劳载荷加速谱。
需要说明的是，当所述至少一阶段载荷谱确定后，通过损失等效等方法，能够将所述至少一阶段载荷谱转化疲劳载荷加速谱。
步骤105：根据所述构件的局部特征、所述服役状态及其对应的环境信息，确定所述构件的腐蚀环境加速谱。
需要说明的是，对于环境信息，本领域技术人员根据服役状态的不同能够选择适宜的方式获取。这里，环境信息通常包括多个环境因素。
示例性的，环境因素一般包括大气自然环境因素和诱发环境因素，大气环境因素包括气候环境因素和化学腐蚀因素两大类，主要包括气温、湿度、降水、风、雾、气候现象、日照辐射、固体沉降物、SO2、酸雨、盐雾、Cl－等；诱发环境因素主要包括振动、冲击、加速度、噪声、高温等。
进一步地，根据装备的服役状态，确定装备经历的主要事件，确定装备可能遇到的自然环境、诱发环境类型及环境因素。进一步地，结合环境应力产生机理，选择对所述装备腐蚀起主要作用的环境因素。
示例性的，对于机载装备来说，非任务状态时所述装备位于地面。可选地，监测和采集装备服役多年的地面存放大气环境因素数据，以年度为单位对每日环境因素出现的小时数进行记录和统计，建立环境因素数据库，获得地面环境因素以月、年为周期的变化规律，从而获取对应的环境信息。这里，主要监测对所述装备腐蚀其主要作用的环境因素。
示例性的，对于机载装备来说，任务状态时所述装备位于空中。从环境性质及环境因素类型的角度考虑，空中环境信息的获取与地面存放环境信息基本类似，但空中环境信息具有动态时空分布，这也是区别于地面环境信息的主要特征。随着载机飞行季节和高度的不同，装备经历的外部大气环境因素量值及腐蚀介质浓度会有明显时间-空间维度上的变化。首先应监测地面的主要腐蚀环境因素，然后分析及测量各因素随空域高度的变化规律，通过飞行环境实测得到腐蚀因素在不同高度的变化数据。但目前受到空中环境测量难度和条件的限制，可采集的空中飞行实测环境数据非常有限且随机离散程度高。
可选地，工程上经常采用简化处理的方法，即飞行高度超过3km时属于远离地面的高空范围，大气环境比较干燥、洁净且温度较低，可以按标准大气条件考虑；小于3km的空中环境，可参考美国波音公司制定的飞行使用环境分类及所占比例。
需要说明的是，所述服役状态及其对应的环境信息是指装备总体上均可能遇到的共性环境，但造成腐蚀损伤往往是装备的构件所处的局部微环境起到决定性影响。例如外挂装备飞行过程产生的气动加热效应、舱外结构与舱内结构、敞开结构与密封结构、发动机热流影响区、局部结构材料敏感应力等。因此确定所述构件的腐蚀环境加速谱时，同样需要考虑构件的局部特征。
步骤106：根据所述非任务状态和所述任务状态的耐久性影响因素，基于所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，确定所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱的组合，即得所述构件的腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱。
这里，根据所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，确定所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱的组合，能够较好地模拟构件实际经受的腐蚀环境与疲劳载荷协同损伤效应。
通过这样的技术方案，基于所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，将所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱进行有效的组合，从而实现对构件腐蚀-疲劳协同作用环境效应的研究，避免了以往脱离装备服役状态研究构件的腐蚀-疲劳性能的不足和缺点，为快速、准确评定腐蚀环境下装备的构件的腐蚀疲劳寿命提供支撑。
在本说明书一个或多个实施例中，请参阅图2，所述根据所述典型任务剖面，确定所述装备的构件的至少一阶段载荷谱的步骤，包括：
通过执行所述典型任务剖面，采集所述构件在所述至少一任务阶段的载荷数据并处理获得所述构件的至少一阶段载荷。
需要说明的是，基于所述构件的结构，所述构件可能包括多个载荷作用点。这里，采用所述构件的多个载荷作用点在所述至少一任务阶段的载荷数据。
通过对多次重复采集的所述构件的至少一阶段载荷进行均值处理，获得所述构件的至少一阶段载荷谱。
这里，所述均值处理包括但不限于频数均值或时间比例的均值处理。本领域技术人员能够根据所述至少一阶段载荷的特点合理选择适宜的均值处理方法，这里不做具体限定。
这样的技术方案，能够获取所述构件的至少一阶段载荷谱，且能够保障所述至少一阶段载荷谱与所述构件在任务状态实际承载的载荷具有高度一致性，以确定后续疲劳试验加速谱的准确性和精确性。
可选地，对所述至少一任务阶段的载荷数据进行处理的方法选自载荷数据简化、雨流计数、极值处理和分级统计中的一者或多者。
应当理解的，本领域技术人员能够对前述的处理方法进行合理选择，这里不做具体限定。
其中，载荷数据简化包括多种方式，举例说明如下：
低载截除，主要针对所占比例较大的小载荷循环，相对于其它载荷量级可以将这部分载荷直接删除。应根据载荷谱的具体情况选择合适的截除标准，对于损伤较小、次数较多且总损伤不容忽视的载荷循环，简化时应慎重对待。
高载截取，对于载荷谱中少数高载可能会产生迟滞效应使寿命延长，可将试验谱中最大载荷截取到合适的值，以使试验结果偏保守。一般取单个寿命期内累积出现10次的载荷水平级别。
低载折算，可根据Miner线性累积损伤准则将载荷谱中小载荷等损伤折算到高一级别的载荷循环中，减少载荷谱的循环数，可以与低载截除方法搭配使用。
简化为常幅谱，在仅有一个加载点且考虑一个危险细节的裂纹扩展试验中，可用均方根法将随机谱简化为常幅谱，从而有效减少载荷总循环次数，提高试验加载频率。常幅谱一般是载荷谱最终的简化结果。
需要说明的是，载荷数据简化的方法并不限于以上举例，本领域技术人员也可以选择其他的简化方式对载荷数据进行简化。
需要说明的是，载荷数据简化的方法并不限于对载荷数据进行简化，也可以用于后续对疲劳载荷试验谱等进行简化，这里不做详细描述。
在本说明书一个或多个实施例中，请参阅图2和图3，所述根据所述至少一阶段载荷谱，确定所述构件的疲劳载荷加速谱的步骤，包括：
步骤301：按照所述典型任务剖面对应的阶段顺序，对所述至少一阶段载荷谱进行预处理，获得所述构件的瞬态疲劳载荷谱。
这里，所述预处理包括对所述至少一阶段载荷谱进行计数、统计、排列组合等处理等。
步骤302：利用损伤等效方法对所述瞬态疲劳载荷谱进行简化合并处理。
需要说明的是，简化合并处理的措施主要包括：合并载荷谱中载荷水平相近的状态、减少各状态的载荷保持时间、剔除不构成疲劳迟滞回路的载荷状态及剔除不构成疲劳损伤的载荷循环等。
步骤303：按照预设排列标准，对损伤等效方法处理后的疲劳载荷值和循环次数进行排列组合，获得所述构件的疲劳载荷试验谱。
需要说明的是，所述预设排列标准由本领域技术人员根据实际需求设定。示例性的，载荷幅值的所述预设排列标准包括“低-高”或“低-高-低”；循环次数的预设排列标准包括“高-低”等。应当理解的，所述疲劳载荷试验谱可以周期程序模块的形式给出。
步骤304：对所述疲劳载荷试验谱进行加重处理获取所述构件的疲劳载荷加速谱。
需要说明的是，步骤304为可选步骤。
可选地，根据需要通过试验载荷加重处理对疲劳试验进行加速。
这里，通过载荷谱加重处理，将谱中所有载荷统一放大一定倍数，具有减少试验加载循环数，缩短试验周期的技术效果，从而实现疲劳试验加速。
示例性的，载荷谱加重通常包括如下处理方法：
载荷谱等比例加重，指给各级载荷乘以相应的加重系数。需要注意的是，加重后结构局部部位会进入屈服或会出现新的个别危险点，试验前应对结构进行重新分析，加重系数不宜过大。此外，还需依据加重前后结构间的寿命关系，预估新的疲劳试验周期。
非任务状态-任务状态不变的载荷谱加重。具体地，在载荷谱等比例加重过程中，如果加重后的载荷级比原谱中最大载荷级大，那么保持该载荷级不加重或是取原谱的最大载荷级代替。这样需要重新评估加重谱与原谱的损伤关系。
平均应力或应力幅值加重。一般包括加重平均应力而应力幅值保持不变、加重应力幅值而平均应力保持不变、平均应力和应力幅值均等比例加重三种方法。进一步地，只加重平均应力而应力幅保持不变对寿命影响不大，加重应力幅值而平均应力保持不变则对寿命影响较大，等比例加重对寿命影响与只加重应力幅值对寿命的影响比较接近。
基于此，根据具体的试验需求，本领域技术人员能够对加重的具体方法做出选择，本实施例中对此不作具体的限定。
在本说明书一个或多个实施例中，如图4所示，所述根据所述构件的局部特征、所述服役状态及其对应的环境信息，确定所述构件的腐蚀环境加速谱的步骤，具体包括：
步骤401：根据所述构件的局部特征，确定所述构件的局部环境谱。
如前所述，所述构件的局部环境能够对腐蚀起到决定作用，因此利用构件的局部特征确定所述构件的局部环境谱，有利于得到准确的腐蚀环境加速谱。
步骤402：根据所述非任务状态及其对应的环境信息，确定所述构件的非任务状态环境谱。
步骤403：根据所述任务状态及其对应的环境信息，确定所述构件的任务状态环境谱。
由于构件在非任务状态和任务状态对应的环境信息不同，因此分别确定环境谱更能够贴合构件的实际腐蚀过程。
步骤404：根据所述局部环境谱、所述非任务状态环境谱和所述任务状态环境谱，确定所述构件在预设标准状态的持续时间。
需要说明的是，由于三个环境谱中包含多种环境因素，在试验加速过程中难以模拟。利用预设标准状态，多种环境因素进行折算，能够起到简化环境谱的作用，便于试验室的实现，且能够保证与环境因素的对应关系，体现环境因素对腐蚀的过程的实际作用。
示例性的，所述预设标准状态为40℃、相对湿度90％。此时，潮湿空气与标准潮湿空气的折算系数如表1所示。
表1潮湿空气与标准潮湿空气的折算系数
进一步地，若所述非任务状态环境谱包括在20℃、相对湿度为70％的条件下持续30小时，则按照预设标准状态折算后的持续时间为3.735小时。
步骤405：根据所述持续时间、预设的加速倍数以及所述构件在不同腐蚀条件下的腐蚀加速关系及折算系数，确定所述构件的腐蚀环境加速谱。
需要说明的是，在不同腐蚀条件下的腐蚀加速关系及折算系数能够通过实验获得，也可以针对构件的材料的特性查询相关数据获得。
应当理解的，所述不同腐蚀条件同样能够按照预标准状态进行折算，从而实现和环境谱的比较以及加速倍数的确定。
示例性的，不同质量分数NaCl溶液及不同质量浓度酸与水介质的折算系数如表2所示。
表2不同质量分数NaCl溶液及不同质量浓度酸与水介质的折算系数
进一步地，根据所述持续时间、预设的加速倍数以及所述构件在不同腐蚀条件下的腐蚀加速关系及折算系数，可以对所述腐蚀环境进行选择，使其满足预设的加速倍数，从而确定所述构件的腐蚀环境加速谱。
应当理解的是，所述腐蚀环境加速谱可以分别对应于局部环境谱、所述非任务状态环境谱和所述任务状态环境谱。
通过这样的方式，通过修改试验谱的具体条件，如盐溶液浓度、pH值、温度、载荷加重系数、加载频率等参数，就能够对室内腐蚀试验进程的加速效果进行相应调节，从而满足预设的加速倍数，具有简单、易于操作控制的优势。
在本说明书一个或多个实施例中，所述不同腐蚀条件包括酸性盐雾、干湿循环中的一者或多者。
需要说明的是，酸性盐雾的溶液可以包括多种成分和浓度，例如5％NaCl、0.05％Na2SO4和0.05％CaCl2等。
干湿循环包括相对湿度及其持续时间、干燥的持续时间等。
可选地，所述腐蚀条件为酸性盐雾干湿循环方法。
通过这样的技术方案，可以较好地实现与疲劳载荷的协同施加，克服了采用传统溶液浸润腐蚀方法的局限性。
在本说明书一个或多个实施例中，所述构件的局部特征包括结构热环境、结构形式与特征、构件所处的位置、材料特性中的一者或多者。
需要说明的是，根据构件的具体情况下，所述局部特性可能仅涉及结构热环、构件所处的位置。其中，所述结构形式与特征、材料特征对构件的腐蚀效果作用微弱，可以忽略不计。
这里，所述结构热环境具体说明如下：装备构件经历的各类热环境会对构件材料疲劳性能产生显著影响，构件受热不均可能会引起较大的热机械应力，在反复作用时可能导致构件发生热疲劳破坏，加速构件的腐蚀疲劳损伤进程。
示例性的，气动加热环境通常在短时间内作用在构件表面，与装备飞行速度、过载系数及结构形式等因素有关；处于载机发动机附近的构件将受到发动机热流的持续热影响，且变化频率较慢，产生的热应力会导致构件材料的疲劳、蠕变及承载性能明显下降。
结构形式与特征，应针对装备具体构件所处的部位、结构形式、密封情况、排水等情况进行具体分析，考虑结构可能产生的局部微环境特征，尽可能依据局部实测环境数据编制构件对应部位的局部环境谱。
构件所处的位置，对于机载装备而言，舱外构件一般完全暴露在大气环境中，经历的环境因素量级最为严酷；舱外有遮挡构件一般受到载机机身、机翼等部件的遮挡作用，可避开阳光的直接辐射，且温度、湿度、盐雾等因素相对于舱外环境变化较为滞后；舱内构件处于舱体内部，一般不会受到户外环境因素的直接作用，根据舱体的密封情况可分为敞开式、半敞开式和密闭式。敞开式和半敞开式构件部位温湿度与户外环境温湿度有较好的线性相关关系，而密闭结构温湿度与户外环境温湿度相关性较差。
材料特性，对于装备载机的多地域使用和跨空域飞行，会经历不同地区、不同季节和不同空域变化的温度环境。这种环境温度变化范围一般基本确定且变化频率较慢，此温度应力循环对构件金属类材料力学性能的影响较弱，但会引起构件高分子材料及复合材料的材质显著退化，如橡胶密封圈、树脂基防热层等。
如果编制与装备日历寿命同步的环境谱来描述环境因素的全部变化历程，实验室人工模拟再现手段存在较大的困难，即使与日历寿命等长，研究意义也不大。
基于此，在本说明书一个或多个实施例中，所述对应的环境信息包括多个环境因素；
所述根据所述非任务状态及其对应的环境信息，确定所述构件的非任务状态环境谱的步骤，具体包括：
根据所述多个环境因素对所述构件的腐蚀程度，确定主要环境因素并简化处理；所述主要环境因素包括温度。
应当理解的，构件的腐蚀程度和部分环境因素主要相关，而与其余环境因素关联较弱。为了便于工程上能够在试验室中再现环境因素对装备结构的腐蚀或老化作用效果，必须对所述多个环境因素进行筛选和简化处理，以提高试验的操作性。
基于不同的温度区间，累积其余主要环境因素的持续时间，获得所述构件的非任务状态环境谱。
这里，所述其余主要环境因素包括相对湿度、雨雾、氯离子等。
示例性的，以典型海洋大气环境类型为例，对于机载装备在非任务状态环境谱如表3所示。
表3大气温湿度及雨雾年度累积谱
这样的技术方案，通过对不同的温度区间进行其余主要环境因素的持续时间累积，能够使得所述非任务状态环境谱更加简洁，便于后续据此完成腐蚀环境加速谱的确定。
在本说明书一个或多个实施例中，所述根据所述非任务状态和所述任务状态的耐久性影响因素，基于所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，确定所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱的组合的步骤，包括：
根据所述非任务状态和所述任务状态的耐久性影响因素，按照非任务状态至任务状态的顺序，确定当量非任务状态和当量任务状态各自对应的疲劳载荷加速谱和/或腐蚀环境加速谱；
根据所述非任务状态的平均持续时间以及所述腐蚀环境加速谱的加速系数，确定当量非任务状态对应的腐蚀环境加速谱的持续时间；
根据所述疲劳载荷加速谱等效的实际任务状态次数、当量年限内对应的任务状态次数，确定当量任务状态对应的疲劳载荷加速谱的施加次数。
示例性的，以机载装备为例，施加1次疲劳载荷加速谱可以等效一定的实际挂飞次数n；依据寿命期内总的设计挂飞次数和寿命年限，可以确定当量年限内需执行的挂飞次数m，则有当量任务状态对应的疲劳载荷加速谱的施加次数N＝m/n。
需要说明的是，通过设置所述非任务状态和所述任务状态各自对应的疲劳载荷加速谱和/或腐蚀环境加速谱及其对应的持续时间，由此形成环境/载荷试验谱的程序块谱。多个所述程序快谱即构成环境/载荷试验谱。
对于所述耐久性影响因素的确定原则和考虑因素进行简单说明如下：
按照“环境服从载荷”的原则，以疲劳载荷精确设计为主，粗略考虑腐蚀环境因素。交变载荷是造成结构损伤和开裂的主导因素，环境的作用是“雪上加霜”。可选地，遵循载荷谱细化及环境谱覆盖的原则。
载荷幅值、载荷作用顺序及加载频率是载荷谱编制的重要参数，对装备构件疲劳损伤起到了关键作用。这里，本实施例中通过典型任务剖面来确定疲劳载荷加速谱，能够保证载荷的顺序、频率等符合构件的失效机理。
腐蚀环境对构件造成的损伤取决于环境因素强度及环境谱作用时间的长短，作用时间短，环境谱造成腐蚀破坏作用就非常有限。
对于机载装备而言，非任务状态的地面环境，条件严酷、腐蚀介质浓度高且存放时间长，该腐蚀过程对装备腐蚀损伤起到了主导作用；空中环境量值较低，腐蚀介质浓度随高度增加而逐渐降至非常低的水平，同时单次飞行暴露时间短暂(相对于地面存放时间)，对装备腐蚀的贡献比例从工程意义上通常可以忽略不计。
将地面环境和空中环境进行合理地匹配和组合，从而保证了载荷作用的顺序效应及与环境作用的叠加、协同效应，在机理上贴合装备实际使用的客观事实。
通过这样的技术方案，腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱能够在实验室条件下模拟和加速装构件使用过程中经历的腐蚀-疲劳协同作用环境效应，腐蚀-疲劳试验模拟性与加速性较好，且确保构件失效机理与装备实际使用情况保持一致。
在本说明书一个或多个实施例中，所述腐蚀环境加速谱包括局部腐蚀环境加速谱；所述局部腐蚀环境加速谱与所述疲劳载荷加速谱相互配合。
通过这样的技术方案，能够更好的模拟构件在任务状态的腐蚀、疲劳条件，确保构件的失效机理和装备使用情况保持一致。
本说明书的技术方案通用性较强，潜在应用领域广泛，可用于多种类型装备构建的腐蚀-疲劳环境/载荷试验谱编制；试验谱在经过环境应力确定及加速等效处理后，可用于指导装备构件的腐蚀疲劳性能试验研究；试验谱具有一定的结构腐蚀疲劳累积损伤加速效果，能够显著降低结构件的常温疲劳载荷循环次数(或寿命)；可用于装备关键构件的耐久性设计分析及日历寿命评定等工作。
实施例
为便于本领域技术人员更好的理解本说明书中一个或多个实施例的公开的技术方案，下面以飞机雷达吊舱连接件为例对技术方案进行具体的示例说明。
对于飞机雷达吊舱连接件，研究分析表明执行飞行任务的周期是吊舱连接件受气候环境、诱发环境和动态载荷环境综合影响最为严重、作用时间最长的阶段，尤其是吊舱随飞机起飞/降落阶段大量级冲击载荷引起的循环/扰动应力与地面停放大气环境腐蚀联合、协同效应产生的腐蚀疲劳破坏作用。由于吊舱连接件处于机身和吊舱连接/过渡的界面位置，将直接承受机身和吊舱之间的诱发载荷和复杂应力的传递，并且振动和冲击能量很可能在连接件界面处得到有效放大，属于飞机整体系统结构强度设计的薄弱环节；同时，连接结构处于非密闭机舱内，无论是地面停放和空中飞行都将受到大气腐蚀因素的侵蚀。尤其是吊舱随载机反复空中飞行的过程，连接件将经受恶劣的交变载荷和环境腐蚀的综合作用，结构的腐蚀疲劳破坏直接关系到雷达及飞机的飞行安全，一旦损坏引发的后果将是致命性的。
请参阅图5，装备的服役寿命历程大致可以划分为地面存放(对应非任务状态)-飞行(对应任务状态)-地面存放(即“地-空-地”)的周期循环过程。其中地面存放及测试维护时间占据大部分的服役日历寿命，并经受地面存放大气环境的腐蚀作用；其余时间主要为装备战备值班的飞行过程，经受载机飞行振动引起的交变载荷与空中腐蚀环境的协同作用。
疲劳载荷试验谱
按照疲劳载荷试验谱的设计方法，由结构设计及实测载荷数据编制的疲劳载荷试验谱如图6和表4所示。载荷谱根据飞机典型飞行任务剖面，给出地面滑行、离场机动、爬升突风、平飞突风、平飞机动、下滑突风、进场机动和着陆撞击共8种任务段，并按任务段组合了连接结构载荷作用点的疲劳载荷值及施加次数。
表4连接件疲劳载荷谱数据
这里，表中数据由10次飞行起落数据处理得到。
需要说明的是，本领域技术人员能够根据需要，对所述疲劳载荷试验谱进行加重，这里不再详述。
需要说明的是，疲劳载荷的加载频率选择取决于构件材料、构件和试验装置的组合动态特性，可根据实际需要、载荷谱复杂程度及结构特性进行设置。
需要说明的是，疲劳载荷试验谱包含多个载荷子循环的变幅载荷历程。对于图6及表4中示出的载荷子循环块(例如地面滑行对应的航向引起)，加载波形可根据需要进行设置，包括正弦波、三角波、矩形波等类型中的一者或多者。其中子循环块中载荷峰对应最大应力，载荷谷对应最小应力，载荷经历完平均应力-峰-平均应力-谷-平均应力为1个循环。
腐蚀环境加速谱
针对装备使用面临的大气环境，按照腐蚀环境试验谱的设计方法，由环境因素数据经过统计分析和当量腐蚀(这里的当量腐蚀对应于参照标准状态进行折算)加速得到的地面存放大气环境谱及加速腐蚀试验谱如表5所示。采用一种典型的酸性盐雾干湿循环试验方法进行试验，以便于实现腐蚀应力与疲劳载荷的原位交替或协同施加。
表5加速腐蚀试验谱(酸性盐雾干湿循环)
由于空中大气环境及腐蚀介质数据随飞行高度变化的规律复杂，且实时监测数据缺乏，在实验室条件下进行试验模拟和加速等效较为困难。空中飞行总时间相对于地面存放时间较短，并且腐蚀环境与疲劳载荷的协同效应是一个缓慢的促进过程。从便于工程实施的角度考虑，偏冒险设计时可以忽略空中腐蚀时间及腐蚀作用效果，即在结构试件飞行疲劳加载期间不叠加腐蚀环境；偏安全设计时可以在结构试件疲劳加载期间叠加与地面腐蚀模拟相同的试验条件，以对试件腐蚀-疲劳协同效应进行加严考核。
腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱
基于编制的腐蚀环境加速谱及疲劳载荷试验谱，利用腐蚀-疲劳协同作用的环境/载荷谱编制原则和方法，结合装备的服役状态，按照非任务状态和任务状态(具体到本实施例中“地-空-地”)的周期循环过程对环境谱和载荷谱进行组合和编排，即可得到装备连接结构件的腐蚀-疲劳环境/载荷试验谱，参见图7。试验时，结构试件需要循环执行环境/载荷试验谱，直至试件发生失效或达到其它试验终止条件。
在图7所示参数中，地面存放腐蚀试验持续时间t1＝tm/a，a为加速腐蚀试验谱对于目标存放环境的加速系数，tm为实际地面存放时间平均值；空中飞行疲劳试验谱施加次数N＝(N0×t0)/L，N0为拟验证的装备飞行次数，t0＝(tm+t2)×a，表示执行完1次“地-空”应力加速试验所等效的实际使用时间，L为拟验证的装备设计使用寿命；空中飞行腐蚀试验持续时间t2等同于执行完N次疲劳试验谱的时间。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱的设计方法，其特征在于，包括：
获取装备的服役状态；其中，所述服役状态包括非任务状态和任务状态；
根据所述任务状态，确定所述装备的典型任务剖面；其中，所述典型任务剖面包括至少一任务阶段；
根据所述典型任务剖面，确定所述装备的构件的至少一阶段载荷谱；其中，所述至少一阶段载荷谱与所述至少一任务阶段相对应；
根据所述至少一阶段载荷谱，确定所述构件的疲劳载荷加速谱；
根据所述构件的局部特征、所述服役状态及其对应的环境信息，确定所述构件的腐蚀环境加速谱；
根据所述非任务状态和所述任务状态的耐久性影响因素，基于所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，确定所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱的组合，即得所述构件的腐蚀-疲劳协同加载的环境/载荷试验谱；其中，所述根据所述构件的局部特征、所述服役状态及其对应的环境信息，确定所述构件的腐蚀环境加速谱的步骤，具体包括：
根据所述构件的局部特征，确定所述构件的局部环境谱；
根据所述非任务状态及其对应的环境信息，确定所述构件的非任务状态环境谱；
根据所述任务状态及其对应的环境信息，确定所述构件的任务状态环境谱；
根据所述局部环境谱、所述非任务状态环境谱和所述任务状态环境谱，确定所述构件在预设标准状态的持续时间；
根据所述持续时间、预设的加速倍数以及所述构件在不同腐蚀条件下的腐蚀加速关系及折算系数，确定所述构件的腐蚀环境加速谱。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述典型任务剖面，确定所述装备的构件的至少一阶段载荷谱的步骤，包括：
通过执行所述典型任务剖面，采集所述构件在所述至少一任务阶段的载荷数据并处理获得所述构件的至少一阶段载荷；
通过对多次重复采集的所述构件的至少一阶段载荷进行均值处理，获得所述构件的至少一阶段载荷谱。
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，对所述至少一任务阶段的载荷数据进行处理的方法选自载荷数据简化、雨流计数、极值处理和分级统计中的一者或多者。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述至少一阶段载荷谱，确定所述构件的疲劳载荷加速谱的步骤，包括：
按照所述典型任务剖面对应的阶段顺序，对所述至少一阶段载荷谱进行预处理，获得所述构件的瞬态疲劳载荷谱；
利用损伤等效方法对所述瞬态疲劳载荷谱进行简化合并处理；
按照预设排列标准，对损伤等效方法处理后的疲劳载荷值和循环次数进行排列组合，获得所述构件的疲劳载荷试验谱；
对所述疲劳载荷试验谱进行加重处理获取所述构件的疲劳载荷加速谱。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述不同腐蚀条件包括酸性盐雾、干湿循环中的一者或多者。
6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述构件的局部特征包括结构热环境、结构形式与特征、构件所处的位置、材料特性中的一者或多者。
7.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述对应的环境信息包括多个环境因素；
所述根据所述非任务状态及其对应的环境信息，确定所述构件的非任务状态环境谱的步骤，具体包括：
根据所述多个环境因素对所述构件的腐蚀程度，确定主要环境因素并简化处理；所述主要环境因素包括温度；
基于不同的温度区间，累积其余主要环境因素的持续时间，获得所述构件的非任务状态环境谱。
8.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述非任务状态和所述任务状态的耐久性影响因素，基于所述非任务状态和所述任务状态的循环过程，确定所述疲劳载荷加速谱和所述腐蚀环境加速谱的组合的步骤，包括：
根据所述非任务状态和所述任务状态的耐久性影响因素，按照非任务状态至任务状态的顺序，确定当量非任务状态和当量任务状态各自对应的疲劳载荷加速谱和/或腐蚀环境加速谱；
根据所述非任务状态的平均持续时间以及所述腐蚀环境加速谱的加速系数，确定当量非任务状态对应的腐蚀环境加速谱的持续时间；
根据所述疲劳载荷加速谱等效的实际任务状态次数、当量年限内对应的任务状态次数，确定当量任务状态对应的疲劳载荷加速谱的施加次数。
9.根据权利要求8所述的设计方法，其特征在于，所述腐蚀环境加速谱包括局部腐蚀环境加速谱；所述局部腐蚀环境加速谱与所述疲劳载荷加速谱相互配合。
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