Failure in Aircraft Materials

Inhaltsverzeichnis

1. Frontmatter

2. Chapter 1. Solid Lubricants Against Wear Formation in Aerospace Components

   Gökçe Mehmet Ay

   Das Kapitel geht der entscheidenden Rolle von Festschmierstoffen bei der Verschleißminderung von Bauteilen aus der Luft- und Raumfahrt nach, die extremen Bedingungen wie hohen Temperaturen, Vakuum und Strahlung ausgesetzt sind. Es werden die verschiedenen Arten von Festschmierstoffen wie Nanoröhren, Graphit und Molybdändisulfid und ihre einzigartigen Schmiermechanismen diskutiert. In diesem Kapitel werden auch die Methoden zur Anwendung fester Schmierstoffe wie Polieren, Verkleben und Sputtern sowie ihre Anwendung in Flugzeug- und Raumfahrtkomponenten erläutert. Eine Fallstudie zur Verwendung von hexagonalem Bornitrid (hBN) als Festschmierstoff zeigt seine Wirksamkeit bei der Verringerung von Reibung und Verschleiß. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Bedeutung fester Schmierstoffe für die Verbesserung der Zuverlässigkeit und Leistung von Luftfahrtkomponenten in rauen Umgebungen.

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3. Chapter 2. A Numerical Study on the Flexural Behavior and Failure Mechanisms of Fiber Metal Laminates

   Ibrahim H. Abuzayed, Nanda Wirawan, Jose L. Curiel-Sosa

   Das Kapitel befasst sich mit der mechanischen Reaktion und den Versagensmechanismen von Fiber-Metall-Laminaten (FMLs) und konzentriert sich dabei auf ihr Biegeverhalten. Es führt ein progressives Schadensmodell ein, das Haschins und Pucks Fehlerkriterien mit einem computergestützten Suchalgorithmus zur Vorhersage von Bruchwinkeln kombiniert. Die Studie beleuchtet die Anwendung des Modells bei der Simulation des Drei-Punkt-Biegetests von kohlenstofffaserverstärkten Aluminiumlaminaten (CARALL) und enthüllt detaillierte Schadensmechanismen wie Faserbruch, Matrixrisse, Delamination und Aluminiumschichtversagen. Der umfassende Ansatz bietet Einblicke in die komplexen Versagensprozesse von FMLs und ist daher eine wertvolle Ressource für das Verständnis und die Vorhersage ihres Verhaltens unter verschiedenen mechanischen Belastungen.

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4. Chapter 3. Fracture Characteristics of Welded Joints in Aluminum Matrix Composites

   Kelvii Wei Guo

   Das Kapitel befasst sich mit den komplizierten Brucheigenschaften von Schweißverbindungen in Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen, einem Material, das für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt von entscheidender Bedeutung ist. Darin werden die Grenzen konventioneller Schweißmethoden und die Herausforderungen diskutiert, die sich aus der diskontinuierlichen Beschaffenheit dieser Verbundwerkstoffe ergeben. Der Text untersucht innovative Techniken wie das Diffusionsschweißen mit Zwischenlagen und das transiente Puls-Schlag-Flüssigphasenschweißen, die darauf abzielen, die Qualität und Effizienz der Schweißnähte zu verbessern. Darüber hinaus wird die Bedeutung des Verständnisses und der Berücksichtigung von Grenzflächenreaktionen hervorgehoben, um die Leistung und Zuverlässigkeit von Schweißverbindungen in Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffen zu optimieren.

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5. Chapter 4. Fatigue Failure in Aircraft Materials

   Alireza Khalifeh

   Das Kapitel "Ermüdungsversagen in Flugzeugmaterialien" untersucht die Häufigkeit und Schwere von Ermüdungsversagen in der Luftfahrtindustrie. Trotz strenger Sicherheitsmaßnahmen fallen Flugzeugkomponenten häufig aufgrund zyklischer Belastungen aus, was zu plötzlichen und katastrophalen Ausfällen führt. Der Text untersucht die komplizierten Mechanismen des Ermüdungsversagens, einschließlich der Rissbildung, der Ausbreitung und der Rolle materieller Eigenschaften. Es unterstreicht die Bedeutung des Verständnisses von Materialien wie Aluminiumlegierungen, Titanlegierungen und Verbundwerkstoffen, die jeweils einzigartige Eigenschaften aufweisen, die die Ermüdungsbeständigkeit beeinflussen. Das Kapitel befasst sich auch mit externen Faktoren wie Korrosion, thermischen Zyklen und Restspannungen, die Ermüdungsausfälle verschlimmern. Praktische Lösungen wie Materialauswahl, Stressmanagement und fortschrittliche Fertigungstechniken wie Kugelstrahlen werden diskutiert, um die Lebensdauer von Flugzeugkomponenten zu erhöhen. Das Kapitel schließt mit der Betonung der dringenden Notwendigkeit wachsamer Inspektion und Wartung, um die Flugsicherheit zu gewährleisten.

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6. Chapter 5. High-Cycle Fatigue Fracture and Corrosion Behavior of an Aerospace Alloy Manufactured with the Wire-Arc Directed Energy Deposition Technology

   Xinpeng Guo, Huijun Li, Zengxi Pan, Bosheng Dong, Zhijun Qiu, Chengxun Zhang, Hu Huang

   Das Kapitel untersucht das Ermüdungsbruch- und Korrosionsverhalten einer Luft- und Raumfahrtlegierung, die mit Hilfe der Drahtbogen-gesteuerten Energieabscheidung (WA-DED) hergestellt wird. Es beleuchtet die Probleme der Elementtrennung und Porositätsdefekte in 7xxx-Aluminiumlegierungen, die von WA-DED hergestellt werden und deren mechanische Eigenschaften und Korrosionsbeständigkeit erheblich beeinflussen. Die Studie untersucht die Auswirkungen verschiedener Wärmebehandlungen wie T6, T73 und RRA auf die Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungsleistung der Legierung. Das Kapitel untersucht auch die Auswirkungen der Porosität auf die Lebensdauer von Ermüdungserscheinungen und stellt innovative Lösungen wie die Rührverarbeitung zwischen Schichten vor, um diesen Herausforderungen zu begegnen. Durch detaillierte experimentelle Ergebnisse und Analysen bietet das Kapitel wertvolle Einblicke in die Optimierung der Leistung von WA-DED hergestellten 7xxx-Aluminiumlegierungen für Luft- und Raumfahrtanwendungen.

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7. Chapter 6. Stress Corrosion Cracking in Aircraft Alloys

   Mohammad Rauf Sheikhi

   Spannungsrisskorrosion (SCC) ist eine entscheidende Herausforderung im Luftfahrtsektor und stellt erhebliche Risiken für die Sicherheit von Flugzeugkomponenten dar. Dieses Kapitel vertieft die Mechanismen der SCC und konzentriert sich auf die Entstehungs- und Wachstumsphasen von Rissen in Materialien, die korrosiven Umgebungen und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Es werden die Faktoren diskutiert, die SCC beeinflussen, wie Materialeigenschaften, Umgebung und mechanische Belastungen, und die Anfälligkeit verschiedener Flugzeuglegierungen wie Magnesium, Aluminium, Titan und rostfreie Stähle für SCC wird hervorgehoben. Das Kapitel untersucht auch verschiedene Mechanismen der SCC, darunter Dissolution-based, Wasserstoff-based und Vakanz-Mechanismen, und diskutiert die Umweltfaktoren, die zur SCC beitragen. Darüber hinaus bietet es Einblicke in die Verhinderungstechniken und Konstruktionsüberlegungen, um SCC in Flugzeuglegierungen zu verringern, und betont, wie wichtig es ist, diesen Ausfallmechanismus zu verstehen und zu verhindern, um die Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Flugzeugstrukturen zu gewährleisten.

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8. Chapter 7. Creep Failure in Aeroengine Components

   Salomé Sanchez, Zhijun Qiu

   Das Kapitel "Creep Failure in Aeroengine Components" widmet sich dem kritischen Problem des Kriechversagens bei Komponenten von Flugzeugtriebwerken, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf Ni-basierten Superlegierungen liegt. Zunächst werden die wichtigsten Stufen von Gasturbinenflugtriebwerken und die Umgebungen mit hohen Temperaturen und hohen Belastungen skizziert, die zu Ausfallmechanismen wie Kriechen, Kriechermüdung und Erosion führen. Ni-basierte Superlegierungen, wie Nimonic Legierungen und Inconel Serien, zeichnen sich durch ihre außergewöhnliche Hochtemperaturfestigkeit und Beständigkeit gegen mechanischen Abbau aus. Das Kapitel untersucht dann die verschiedenen Kriechmechanismen, einschließlich des Kriechens von Versetzungen und des Kriechens von Diffusion, und wie diese Mechanismen durch Temperatur und Stress beeinflusst werden. Der Einfluss mikrostruktureller Merkmale wie der γ-Phase und Karbide auf die Kriechleistung wird ebenfalls diskutiert. Darüber hinaus bietet das Kapitel Einblicke in die Verbesserung der Kriechfestigkeit durch Materialzusammensetzung, Herstellungsmethoden wie additive Fertigung und Nachbearbeitungstechniken wie thermische Barrierebeschichtungen und Wärmebehandlung. Dieser umfassende Überblick zielt darauf ab, Fachleuten ein tiefgreifendes Verständnis des Kriechversagens in Flugzeugkomponenten und praktische Strategien zu seiner Eindämmung zu vermitteln.

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9. Backmatter