金属材料日历寿命确定的分散系数范文

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众所周知，在金属腐蚀日历寿命确定中，是需要进行大量的腐蚀试验的。这些腐蚀试验数据，也与疲劳试验数据一样，存在着一定的分散性。在疲劳领域里，为了降低这种分散性给疲劳寿命确定带来的不可靠性，而引进了具有高可靠度和高置信度的分散系数，用疲劳试验平均寿命除以这个分散系数，即可得到高可靠度、高置信度的疲劳安全寿命。目前，国内外在金属腐蚀日历寿命确定中，尚没有一套有效可用的方法。文献[1]-[7]给出一种金属腐蚀日历寿命确定的一套方法和预计模型，已取得有效的试验验证。但没有给出如何解决由于腐蚀试验数据的分散，引起日历寿命的不可靠的问题。本文为了解决这一问题，在金属日历寿命确定中，也像疲劳寿命确定中一样，引入分散系数的概念，即想用具有高可靠度、高置信度的分散系数，去除腐蚀试验结果的平均值，获得高可靠度和高置信度的日历寿命。本文在这一命题上，研究如下三方面的问题：一是研究和分析腐蚀试验数据的分布规律，从而选择符合这种分布规律的分散系数的计算模型；二是研究与计算可反映一些金属材料的腐蚀试验数据分散性的标准差；三是计算给出具有高可靠度、高置信度的分散系数取值。

1.一些航空材料的腐蚀试验数据分布规律和腐蚀分散系数计算模型

1.1Ly12cz铝合金最大腐蚀深度分布规律本文作者在2000年委托北京航空材料研究院测试三种航空材料T-H曲线时，已对Ly12cz材料的腐蚀深度分布规律进行了研究[8]。即用Ly12cz板材，每组5个试件，在28℃的EXCO溶液中，试验72小时，每个试件共测25个区域的最大腐蚀深度，研究最大腐蚀深度t的分布规律。它们的频数直方图，见图1。各数据点在正态概率坐标纸上近似一直线，r＝0.9897，这说明Ly12CZ铝合金板材的最大腐蚀深度t符合正态分布。有关航空材料腐蚀深度符合正态分布的研究亦比较多，如文献[9]对Ly12cz、7075T7351铝合金的腐蚀深度分布规律进行了研究，其结果也是符合正态分布规律，在此不一一赘述。

1.2腐蚀分散系数的模型选择大家知道，疲劳分散系数计算模型（1）是适用于疲劳试验寿命符合正态或对数正态分布规律的公式[10][11]。式中fL为疲劳分散系数；pU和rU分别是与可靠度和置信度有关的标准正态偏量系数；S是寿命标准差；n是试验件个数。我们前面研究最大腐蚀深度分布规律的目的就是想与疲劳分散系数比较，研究是否可以直接引入疲劳分散系数计算模型。在飞机腐蚀日历寿命确定中，机体腐蚀深度（或失重）通常是度量日历寿命的尺度，腐蚀深度的分布规律，也就代表了日历寿命的分布规律。这样我们可以说，腐蚀日历寿命与疲劳寿命一样，也遵循正态分布规律，因此适用于正态分布规律的疲劳分散系数公式（1），也可作为腐蚀日历寿命分散系数计算公式，不过，此地的S应是腐蚀深度t（或失重）的标准差。为了方便，以下将腐蚀深度t和失重统称腐蚀损伤。

2腐蚀损伤标准差的计算公式和取值

2.1腐蚀损伤标准差的模型选择由于腐蚀损伤标准差的计算与疲劳试验数据标准差的计算是一致的，因此可选用一般常用的标准差计算公式。

2.2腐蚀损伤标准差的取值（1）30CrMnSiA钢腐蚀损伤标准差的取值为了研究常用航空材料30CrMnSiA合金钢在不同腐蚀温度、不同腐蚀失重的分散性，我们在同一腐蚀溶液下，用-25℃、0℃、5℃、28℃和60℃五种温度和每种温度下的五个级别的腐蚀试验时间（24h、72h、120h、192h和240h），共进行24种状态下的腐蚀试验。每种状态取5个有效试件（试件号随机抽取），测出每个试件的失重，用每组每个试件的失重和公式（2）计算出它们的标准差iS和平均值jS，列入表1－表5。（2）Ly12cz和7075T7351铝合金腐蚀深度标准差的取值为了研究常用航空铝合金材料的腐蚀分散性，我们查阅了诸多文献，从文献[9]中获得了Ly12cz和7075T7351铝合金的100个腐蚀深度试验数据。按文献[9]原试验序号，每5个最大腐蚀深度分为一组，分别算出10组的标准差Si和平均1S、2S，列入表6和表7。

3金属腐蚀日历寿命的分散系数的取值

前面研究了30CrMnSiA、Ly12cz和7075T7351三种航空材料与日历寿命相关的腐蚀失重和腐蚀深度的标准差的取值，这为计算分散系数提供了基础数据。现取公式（1）中rU＝-1.282（对应置信度90％），n＝5，和求得的标准差0.0498、0.08119，分别计算不同可靠度（99.87％、99％和95％）的分散系数,见表8和表9。

4结论与讨论

4.1通过Ly12cz铝合金材料腐蚀试验研究，得出腐蚀深度t是遵循正态分布规律。由此分布规律，选择了腐蚀日历寿命分散系数计算公式（1）。

4.2通过24种腐蚀状态，118个30CrMnSiA合金钢试件中的腐蚀失重研究，给出了它们失重的平均标准差S=0.0498。通过对文献[9]给出的100个Ly12CZ和7075T7351两种铝合金试件的腐蚀试验数据研究，得到这两种材料腐蚀深度的平均标准差S0.08119。

4.3由本文给出的合金钢和铝合金的标准差iS，用公式（1）算得它们的腐蚀试验用的分散系数的取值，如表8和表9。从表中可以看出，可靠度取99.87%，则三种材料所谓平均分散系数值等于1.73，工程上建议取2。可见腐蚀试验的分散系数远比疲劳试验的分散系数小。

4.4由于金属腐蚀是比较缓慢的，而且比较好检查，因此本文认为，腐蚀试验用的分散系数的可靠度可以比疲劳试验用的疲劳分散系数的可靠度低一些，是99％？还是95％？可以讨论。如果取99％，则腐蚀试验用的分散系数在1.4～1.7之间（平均1.55）。如果取95％，则腐蚀试验用的分散系数在1.29～1.52之间（平均1.4）。

作者：张福泽 单位：北京航空工程技术中心