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第1章 飞机钛合金结构应用概述1

1.1 钛合金在飞机结构中日益广泛的应用1

1.1.1 钛合金的主要特点1

1.1.2 钛合金在现代飞机结构中的应用3

1.2 用于飞机制造的钛合金4

1.2.1 钛合金的分类4

1.2.2 α型钛合金5

1.2.3 β型钛合金6

1.2.4 （α+β）型钛合金6

1.2.5 钛合金冶金质量7

1.3 钛合金制造的工艺特点7

1.3.1 钛合金锻造与挤压7

1.3.2 钛合金的铸造8

1.3.3 钛合金的激光成形8

1.3.4 钛合金的钣金成形9

1.3.5 钛合金的超塑成形／扩散连接9

1.3.6 钛合金的焊接工艺10

1.3.7 钛合金的化铣工艺10

1.3.8 钛合金零件的表面强化11

1.3.9 钛合金零件的热处理11

1.3.10 钛合金的机械加工与装配11

1.4 钛合金结构设计特点12

1.4.1 钛合金结构减重设计12

1.4.2 钛合金结构抗疲劳设计13

1.4.3 钛合金结构腐蚀控制14

1.4.4 钛合金结构成本控制14

1.4.5 钛合金结构多约束设计15

1.5 飞机钛合金结构设计选材16

1.5.1 飞机结构设计选材的一般过程16

1.5.2 选材的一般原则17

1.5.3 选材判据17

1.5.4 部分钛合金材料的应用特点17

参考文献20

第2章 钛合金传统结构设计与实例22

2.1 引言22

2.1.1 本章的主要内容22

2.1.2 关于钛合金传统结构的设计选材22

2.2 钛合金加强框、梁设计24

2.2.1 典型机身加强框结构设计25

2.2.2 钛合金梁类结构件设计29

2.3 钛合金组合壁板结构设计36

2.3.1 结构特点36

2.3.2 设计基本要求37

2.3.3 设计选材37

2.3.4 蒙皮壁板与钣金框的厚度参数37

2.3.5 蒙皮壁板结构设计38

2.3.6 普通框的结构设计39

2.3.7 试验验证40

2.4 钛合金机械连接结构设计41

2.4.1 铆接结构设计41

2.4.2 螺接结构设计42

2.5 小结43

参考文献43

第3章 钛合金焊接结构设计与评定44

3.1 引言44

3.1.1 钛合金焊接结构的意义44

3.1.2 焊接结构静强度设计分析方法46

3.2 钛合金焊接结构设计原则与方法47

3.2.1 钛合金焊接结构的特点47

3.2.2 焊接结构设计的基本要求48

3.2.3 焊接结构设计的原则49

3.2.4 焊接结构设计方法50

3.3 钛合金焊接加强框、梁结构设计52

3.4 钛合金焊接壁板结构设计54

3.4.1 主承力钛合金焊接壁板结构设计54

3.4.2 发动机舱焊接蒙皮壁板59

3.5 设计中对接焊缝方向（形状）选取的分析60

3.6 钛合金焊接结构疲劳特性评定方法62

3.6.1 建立钛合金焊接结构疲劳特性评估方法的必要性62

3.6.2 钛合金焊接结构疲劳特性评估的当量Kt法63

3.6.3 钛合金焊接结构疲劳特性评估的三参数法74

3.7 4种焊接工艺下钛合金的疲劳特性76

3.7.1 4种焊接工艺钛合金疲劳特性研究方法76

3.7.2 疲劳试验与结果76

3.7.3 疲劳试验寿命的统计对比77

3.7.4 4种焊接工艺当量Kt的对比81

3.8 焊缝方向（形状）对钛合金焊接件疲劳特性的影响83

3.8.1 对4种焊缝疲劳特性的研究方法83

3.8.2 试验与结果84

3.8.3 不同焊缝方向（形状）下疲劳试验寿命的对比85

3.8.4 综合分析与基本结论88

3.9 钛合金焊接件焊后表面强化工艺对寿命的影响88

3.9.1 钛合金焊接件焊后表面强化对寿命影响的研究途径88

3.9.2 考虑焊后表面处理工艺对寿命影响的方法89

3.9.3 试验与结果91

3.9.4 喷砂工艺对钛合金焊接件寿命影响的研究92

3.9.5 喷丸工艺对钛合金焊接件寿命影响的研究96

3.9.6 焊缝抛光对钛合金焊接件寿命影响的研究97

3.9.7 综合分析与结论98

参考文献99

第4章 钛合金超塑成形／扩散连接结构设计与分析102

4.1 超塑成形／扩散连接结构的设计原则与方法102

4.1.1 超塑成形／扩散连接结构的特点102

4.1.2 超塑成形／扩散连接结构的设计原则103

4.1.3 钛合金超塑成形／扩散连接结构的设计方法104

4.2 钛合金超塑成形／扩散连接口盖结构设计与应用108

4.2.1 传统口盖结构特点108

4.2.2 超塑成形／扩散连接口盖结构设计与应用109

4.3 超塑成形／扩散连接壁板结构设计与分析111

4.3.1 机体壁板结构的分类111

4.3.2 超塑成形／扩散连接壁板结构设计与应用112

4.4 超塑成形／扩散连接整体气动面结构设计与应用114

4.4.1 气动面的结构特点114

4.4.2 超塑成形／扩散连接整体气动面结构设计与应用115

4.5 超塑成形／扩散连接框、梁结构设计与分析117

4.5.1 框、梁的结构特点117

4.5.2 超塑成形／扩散连接框、梁结构设计与应用118

4.6 超塑成形／扩散连接的焊接结构设计与评定120

4.6.1 超塑成形／扩散连接的焊接结构特点120

4.6.2 熔焊工艺顺序对超塑成形／扩散连接的影响121

参考文献123

第5章 钛合金铸造结构件的设计与应用124

5.1 钛合金铸件结构的设计原则与方法124

5.1.1 钛合金铸件的结构特点124

5.1.2 钛合金铸件结构的设计原则与方法126

5.2 钛合金精密铸造薄壁结构件的设计与分析127

5.3 大型钛合金精密铸造结构件的设计与分析129

5.3.1 钛合金铸件大型整体化的作用129

5.3.2 大型钛合金热等静压精密铸件的设计实例129

5.4 钛合金热等静压／精密铸造／电子束焊接件的性能133

参考文献135

第6章 钛合金激光成形结构设计与应用136

6.1 激光成形结构件的特点136

6.1.1 钛合金结构传统制件的现状136

6.1.2 钛合金激光成形的技术特点137

6.1.3 激光成形TA15钛合金的基本性能138

6.2 激光成形钛合金结构件的设计与特点分析140

6.2.1 激光成形钛合金结构设计特点140

6.2.2 激光成形钛合金结构所蕴含的设计基础问题143

6.3 钛合金激光成形次承力结构件的设计与应用144

6.3.1 钛合金激光成形角盒设计与应用144

6.3.2 钛合金激光成形长桁（型材）设计与应用145

6.4 激光成形主承力件设计与应用146

6.4.1 钛合金激光成形支撑梁设计与应用146

6.4.2 钛合金激光成形机翼根肋设计与应用148

6.5 钛合金激光成形新结构简介149

6.5.1 钛合金梯度复合结构149

6.5.2 钛合金成形连接结构151

6.5.3 钛合金成形修复结构152

参考文献154

第7章 钛合金层合结构设计与试验研究155

7.1 钛合金层合结构件的特点155

7.2 钛合金层合结构耐久性试验研究157

7.2.1 引言157

7.2.2 试验概况157

7.2.3 试验结果与分析159

7.2.4 结论162

7.3 钛合金层合结构损伤容限特性试验研究163

7.3.1 引言163

7.3.2 试验概况163

7.3.3 试验结果与分析166

7.3.4 结论169

7.4 钛合金典型层合结构概念设计169

参考文献172

第8章 钛合金零件的表面强化173

8.1 引言173

8.1.1 表面强化的作用与种类173

8.1.2 表面强化工艺选取与增寿效益应用的技术途径174

8.1.3 钛合金零件强化工艺的增寿效益试验研究技术途径175

8.2 钛合金结构表面强化增寿效益的试验研究175

8.2.1 TA15钛合金元件表面强化疲劳对比试验与分析175

8.2.2 TC6钛合金零件表面强化疲劳试验对比181

8.2.3 TC18钛合金耳片强化疲劳对比试验183

8.3 钛合金焊接件表面强化184

8.3.1 TA15与TC4焊接件表面强化（处理）184

8.3.2 TC6焊接圆筒元件表面强化疲劳试验186

参考文献187

第9章 钛合金结构设计的工程应用188

9.1 钛合金超塑成形／扩散连接口盖结构设计与应用188

9.1.1 钛合金超塑成形／扩散连接口盖的结构特点188

9.1.2 钛合金SPF/DB机身口盖结构设计与应用189

9.2 钛合金超塑成形／扩散连接机身壁板设计与应用194

9.2.1 钛合金超塑成形／扩散连接机身壁板的结构特点194

9.2.2 钛合金超塑成形／扩散连接机身壁板设计与应用195

9.3 钛合金超塑成形／扩散连接加强框设计与应用198

9.3.1 钛合金超塑成形／扩散连接加强框的结构特点198

9.3.2 TC4钛合金超塑成形／扩散连接加强框设计与应用199

9.4 钛合金焊接加强框设计与应用202

9.4.1 钛合金焊接加强框的结构特点202

9.4.2 钛合金焊接加强框的设计202

9.5 钛合金焊接加筋壁板设计与应用211

9.5.1 钛合金焊接加筋壁板的结构特点211

9.5.2 钛合金焊接加筋壁板的结构设计212

参考文献215