航空材料微观组织数据库平台的设计与实现

张 兵，秦云霞，陈 燕，刘昌奎

(1.北京航空材料研究院，北京 100095;2.航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095;3.中航工业失效分析中心，北京 100095;4.南通职业大学技师学院，江苏 南通 226006;5.光纤通信技术和网络国家重点实验室，武汉 430074)

0 引言

航空工业是一个国家国防工业的重要组成部分，航空产品的先进性是一个国家综合实力的集中体现，而航空材料的先进性和可靠性是决定航空产品先进性的一个关键因素。在航空材料研制过程中，材料的组织结构研究是一个重要的组成部分［1-2］。材料在不同状态下的组织特征往往决定了该材料的性能［3-4］，因此，掌握材料在不同状态下的组织特征对于材料的可靠应用以及工艺改进具有重要意义。

国外航空企业对材料组织结构研究非常重视，它们不仅在材料研制过程中对材料组织结构进行系统研究，而且还重视对以往材料组织结构以及断裂特征数据的分析与归纳，建立材料组织结构数据库，为新材料的研制以及工艺改进提供技术支持。

我国航空企业在材料研制过程中对组织结构研究也非常重视，但是对于这些数据的收集和利用重视程度不够。尽管出版了一些材料组织结构以及断裂特征的书籍［5-6］，但是这些资料往往针对某种材料牌号的某些状态，缺乏系统性、全面性和即时查询性，无法为技术人员提供全面、有效的参考。计算机数据库技术的发展和应用，为航空材料组织结构以及断裂特征数据的收集整理和有效利用提供了新的途径。建立航空材料组织结构数据库平台，可以把大量散落在各处的典型材料组织结构数据收集起来统一管理，有利于资源的充分利用，为航空材料的研制提供有效支持。

1 系统结构设计

系统结构如图1 所示，整个系统分为3 层:表现层、应用层和数据层。表现层为用户所见的客户端应用程序，用户通过其进行微观组织和断裂特征检索等功能;应用层为服务器端运行的服务程序，其有效地将系统和用户动态地联系在一起，用户在表现层提出请求，应用层进行验证运行，然后反馈信息给用户;数据层指的是在服务器端运行的SQL Server 数据库系统，其存放的是用户信息、字典库数据、材料微观组织和断裂特征数据。系统有效地将这3 层隔离开，可以保证数据的安全性和有效性，并且让不同部门的用户都可以同时访问数据库中的数据。

系统数据层由4 个数据库组成:微观组织库、断裂特征库、字典库和用户信息库。微观组织库中存储各种典型航空材料在不同状态下的微观组织;断裂特征库中存储各种典型航空材料和构件在不同条件下的断裂特征;字典库主要是为了数据输入和检索的标准化和快捷化，存储材料微观组织和断裂特征的标准化知识，比如，“材料类别”的标准化知识包括变形铝合金、铸造铝合金、变形高温合金、铸造高温合金等。

图1 系统结构图Fig.1 Schematic illustration of the system structure

2 系统功能设计

系统主要由4 大功能模块组成:微观组织检索模块、断裂特征检索模块、数据更新模块以及用户管理模块，见图2。

图2 系统功能模块示意图Fig.2 Illustration of the functions of the database system

微观组织和断裂特征检索模块是系统的主要功能，通过这2 个模块，技术人员可以快速检索到相关材料在不同状态下的微观组织或断裂特征。用户可以选择1 种或2 种查询条件(包括材料类别、材料牌号、材料状态、断裂模式等)，按“与”或“或”的方式进行组合后，按模糊查询的方式在数据库中检索出符合条件的微观组织或断裂特征数据。

数据更新模块主要实现对微观组织库、断裂特征库以及字典库中的数据进行更新和维护，包括添加微观组织数据、添加断裂特征数据、以及字典库数据维护等功能。

用户管理模块主要实现对系统用户的管理，包括添加用户、删除用户、用户信息更新以及用户权限管理。系统用户分为2 类:管理员和普通用户。管理员拥有包含用户管理、数据更新、和数据检索在内的所有权限。普通用户只能进行数据检索。

3 系统流程分析

系统流程就是用户在使用系统时的工作过程。对于多类型用户的系统而言，每一类用户的工作流程都是不相同的。多用户系统的工作流程都从用户登录模块开始，对用户的身份进行认证。身份认证可以分为2 个过程:

1)确认用户是否是有效的用户，该过程决定用户能否进入系统;

2)确定用户的类型，该过程根据用户的类型决定用户的操作权限，从而决定用户的工作界面。

进入系统后，不同类型的用户所能进行的操作也不同。系统的工作流程如图4 所示，管理员进入系统后，可以进入用户管理界面，创建和管理用户信息，也可以进入数据更新界面，添加微观组织和断裂特征数据，还可以进入数据检索界面，检索微观组织或断裂特征;普通用户进入系统后，只能进行微观组织或断裂特征检索。

图3 系统流程Fig.3 Flow chart of the database system

4 系统软件实现

系统的客户端和服务器程序都采用VC++作为开发工具。客户端程序和应用服务器程序之间通过基于TCP(面向连接)的socket 进行数据传输。系统以SQL Serve 作为后台数据库管理系统，用于存储和管理用户信息、字典库数据、微观组织以及断裂特征数据。VC++提供了多种数据库访问技术，包括ODBC、DAO、OLE DB、ADO等［7］，其中ADO 技术应用层次高，易用性最好，因此系统采用ADO 技术实现应用服务器程序对后台数据库的访问。

5 系统技术特点

1)数据全面、完整。

系统存储了各类典型航空材料在不同状态下的微观组织和断裂特征数据，包括黑色金属、有色金属、非金属、焊接结构、涂镀层、以及金属基复合材料等，并且提供统一的输入和检索界面。

2)数据输入统一、标准。

为了便于数据输入和检索的准确性和方便性，系统建立了字典库来对材料类别、材料牌号、断裂模式等关键字段内容进行标准化处理。

3)系统运行稳定、数据安全、操作方便。

系统采用3 层C/S 架构，为系统的稳定运行及数据安全提供了前提条件，系统可以在大量数据及大量用户同时访问的情况下稳定运行。此外，系统客户端开发过程中充分考虑了界面的友好性和操作的方便性。

6 结论

在对各类典型航空材料微观组织和断裂特征收集整理的基础上，设计和开发了基于客户端/服务器模式的航空材料微观组织数据库系统。系统存储各种典型航空材料在不同状态下的微观组织和断裂特征数据，包括黑色金属、有色金属、非金属、焊接结构、涂镀层、以及金属基复合材料。系统的建立可以把大量散落在各处的典型材料组织结构数据收集起来统一管理，有利于资源的充分利用，为新型材料的研制、工艺改进以及航空构件的失效分析提供有力支持。

［1］熊爱明，黄维超，陈胜晖，等.高温变形参数对TC6 钛合金微观组织的影响研究［J］.航空材料学报，2006，23(1):11－14.

［2］张丽辉，唐定忠，曹雪刚.单晶高温合金损伤与断裂特征研究［J］.失效分析与预防，2012，7(3):148－152.

［3］曹京霞，方波，黄旭，等.微观组织对TA15 钛合金力学性能的影响［J］.稀有金属，2004，28(2):362－364.

［4］李利华，毛健，卢锦德，等.高强度铸造铝铜合金微观组织对性能的影响［J］.热加工工艺，2010，39(5):1－3.

［5］陶春虎，赵爱国，王理，等.航空发动机用材料断裂分析及断口图谱［M］.北京:国防工业出版社，2007:1－10.

［6］李炯辉.金属材料金相图谱［M］.北京:机械工业出版社，2006:1－10.

［7］孙鑫，余安萍.VC++深入详解［M］.北京:电子工业出版社，2006:10－15.