胃酸|航空航天系统结构材料研究进展综述（一）( 三 ) 胃酸

最后，在20世纪60年代末和70年代初引入了损伤容限，并将裂纹扩展分析与定期检查相结合，以检测裂纹，并在下一次定期检查之前，在有高失效概率的情况下，将裂纹承载构件从使用中移除。
机身使用的材料性能要求因所考虑的特定部件而异。机身为半整体式结构，由蒙皮组成，用于承载客舱压力（张力）和剪切载荷，纵向纵梁或纵梁用于承载弯曲产生的纵向张力和压缩载荷，周向框架用于保持机身形状并将载荷重新分配到蒙皮中，舱壁用来承载集中的负荷包括那些与机身增压有关的负荷。强度、杨氏模量、疲劳裂纹萌生抗力、疲劳裂纹扩展速率、断裂韧度和耐腐蚀性都很重要，但断裂韧度通常是限制设计考虑的因素。
准晶结构中的裂纹扩展:在低温(0.1Tmelt ，上部框架)下，裂纹尽可能地避免强束缚障碍，但实质上是脆性裂纹扩展。裂纹扩展过程，特别是障碍物的克服有时是由虚位错发射介导的。裂纹扩展速度达到剪切波速的50% 。在较高温度下(0.75Tmelt ，下框架) ，裂纹扩展机制转变为裂纹尖端前微孔洞的形核、生长和聚结。裂纹扩展速度随后降低到约为横波速度的3% 。
机翼本质上是一根横梁，在飞行过程中承受弯曲载荷。机翼支撑飞机的静重量和因机动或湍流而在使用中遇到的任何额外载荷。滑行、起飞和着陆期间，额外的机翼载荷也来自起落架，起飞和着陆期间，襟翼和缝翼从前缘和后缘展开，以产生额外的低速升力。由于飞行过程中的向上弯曲力矩，机翼上表面主要承受压缩载荷，但在滑行过程中也可能承受张力载荷。机翼下部的应力正好相反。压缩屈服强度和弹性模量是影响设计的静态材料特性，由于飞行期间产生的交变载荷，抗疲劳性也很重要。
飞机的尾部，也叫尾翼，由水平稳定器、垂直稳定器或尾翼，以及升降舵和方向舵等控制面组成。水平和垂直稳定器的结构设计基本上与机翼相同。由于弯曲作用，水平稳定器的上表面和下表面在压缩载荷作用下往往是至关重要的，因此，压缩时的弹性模量是最重要的特性。
图2 图中显示了各种技术进步对提高飞机燃油效率的相对贡献。
如图2示意图所示，改进的结构材料有助于提高飞机和航天器的性能并降低其运行成本。由于重量可能是与燃油效率相关的性能和运行成本的最重要因素，设计师通常会考虑某个特性如何影响重量节约。为了为新系统的部件选择正确的材料，航空航天公司开发了进行权衡研究的计算机程序。将材料的特性放置在数据库中，并对特定部件的基准材料和较新的先进材料以及失效模式进行比较，如图3所示。通过使用这种类型的程序，设计师可以确定实际潜在的重量节省。此外，用于减轻重量的材料成本不应超过减少燃料燃烧、维护和着陆费用所节省的成本。因此，航空航天公司对新的候选合金进行成本/效益分析。生命周期总成本包括采购、运营和支持成本。设计许可等的非经常性开发成本通常除以使用候选材料建造的飞机数量，从而为每磅节省的成本增加固定金额。
图3 显示计算机辅助材料选择中事件顺序的流程图。

2.1.1.飞机用铝合金的进化改进
改进的结构材料通常分为革命性产品，如快速凝固和机械合金化粉末冶金合金、不连续和连续纤维增强金属和聚合物、结构层压板，或进化型材料，即衍生合金和回火材料。由于制造成本、资质和认证以及可能对现有材料生产基础设施的改造，革命性产品在飞机上的成功率有限。尽管聚合物基复合材料正在现代商用飞机中使用，例如用于空中客车A310的尾翼、空中客车A340和波音777的水平稳定器，但铝合金仍然是大多数商用飞机机身的首选材料。进化改良铝合金由于其较低的制造和或生命周期成本、较低的替代风险以及使用现有的材料生产基础设施而具有更快的插入速度。
表1 铝合金性能与微观结构的关系
表1总结了铝合金的各种微观结构/性能关系。时效硬化铝合金性能最大化的基本冶金概念众所周知；挑战在于将其应用于合金设计中。例如，杂质Fe和Si在2XXX 7XXX和8XXX铝合金中形成粗组分，导致较低的断裂韧性，并对疲劳裂纹萌生和疲劳裂纹扩展抗力产生不利影响。在固溶热处理温度下超过溶解度极限时形成的粗初生相（或在加工过程中形成且在随后的热处理过程中未重新溶解的粗初生相）具有类似的效果。