應力腐蝕是材料的一種退化過程,這一過程會導致構件災難性的破壞。應力腐蝕的發生需要三個基本條件,即材料、介質和應力,因此每種應力腐蝕對應不同的體系。由于應力腐蝕開裂現象發生突然且危害嚴重,促使人們對其誘發原因和破裂規律不斷進行探討。目前,大量的應力腐蝕研究工作仍在進行。
1. 機理
奧氏體不銹鋼應力腐蝕開裂的機理較多,主要包括滑移溶解機理、隧道、應力吸附斷裂機理等。滑移溶解理論是較為公認的應力腐蝕開裂機理,金屬在腐蝕介質中會形成一層腐蝕產物膜,金屬表面膜的完整性因為位錯滑移而被破壞,基體材料被溶解,新的氧化膜會產生,經過滑移-金屬溶解一再形成腐蝕產物膜過程的循環往復,使應力腐蝕裂紋形核和擴展。滑移溶解機理得到了多數實驗的驗證,能夠說明SCC穿晶裂紋的擴展,是目前得到普遍認可的機理。但它無法解釋裂紋形核的不連續性、斷口的匹配性及解理花樣、裂紋面和滑移面的不一致性。
2. 影(ying)響因(yin)素
奧氏(shi)體不(bu)銹鋼最常見的應力(li)腐蝕開裂發生(sheng)在含氯離子的環境中。除了材料(liao)和受力(li)狀態之外,介質(zhi)環境、構(gou)件幾何結構(gou)以及流(liu)場等是影響應力(li)腐蝕的主要(yao)因素。
①. 氯離子濃(nong)度(du)
由于氯離子對應力腐蝕的高度敏感性,使得臨界氯離子濃度成為研究應力腐蝕因素的重要內容。所有的研究表明,同等條件下隨著氯離子濃度升高,應力腐蝕開裂敏感性增加。在某些特定的條件下,水中氯離子濃度達到5mg/kg就足以導致斷裂。呂國誠等試驗發現304不銹鋼在60℃中性溶液中氯離子濃度約為90mg/kg時就會發生應力腐蝕。而在實際事故中,溫度在80~90℃飽和氧條件下,水中氯離子濃度≤1mg/kg, 304不銹鋼長期使用后也會發生應力腐蝕斷裂。
②. 溫度
溫(wen)度(du)是不銹(xiu)鋼(gang)應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)的另一(yi)(yi)個(ge)重要(yao)參數,一(yi)(yi)定溫(wen)度(du)范圍內,溫(wen)度(du)越(yue)高(gao),應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)越(yue)容(rong)易(yi)。一(yi)(yi)般認為奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang),在室溫(wen)下較(jiao)少有發生(sheng)氯化物(wu)(wu)開(kai)裂(lie)的危險(xian)。關矞心(xin)等(deng)。對高(gao)溫(wen)水中不銹(xiu)鋼(gang)應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)研(yan)究發現(xian),250℃是316L不銹(xiu)鋼(gang)發生(sheng)應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)裂(lie)的敏(min)感溫(wen)度(du)。從經(jing)驗上(shang)看,大約在60~70℃,長時(shi)間暴露(lu)在腐(fu)蝕(shi)(shi)環境(jing)中的材料易(yi)發生(sheng)氯化物(wu)(wu)開(kai)裂(lie)。對于穿晶(jing)型(xing)應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)來說,溫(wen)度(du)較(jiao)高(gao)時(shi),即使C1-濃度(du)很低,也會發生(sheng)應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)。
③. pH值
pH值影響的實質是H+對應力腐蝕的作用,影響H+的還原過程。pH值越低,開裂敏感性越大。隨著溶液pH值的升高,材料抗氯化物開裂的性能隨之得到改善。但是,pH值在2以下,應力腐蝕將會被全面腐蝕代替。
④. 含氧(yang)量
在中(zhong)(zhong)性環境中(zhong)(zhong)有(you)(you)溶解(jie)氧(yang)(yang)或有(you)(you)其(qi)他氧(yang)(yang)化劑的存在是引(yin)起應力(li)腐蝕(shi)破裂的必要條件(jian)。溶液中(zhong)(zhong)溶解(jie)氧(yang)(yang)增加,應力(li)腐蝕(shi)破裂就越容(rong)易。在完全缺氧(yang)(yang)的情況下,奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼將(jiang)不(bu)會發生氯化物腐蝕(shi)斷裂。氧(yang)(yang)之所以促進應力(li)腐蝕(shi)的發生尖(jian)端裂紋更易形成。
⑤. H2S濃度
在含氯離子的溶液中,H2S的作用是加速陽極溶解,降低孔蝕電位,從而促進由小孔腐蝕誘發的應力腐蝕破裂。在有氧的條件下,H2S與金屬產生FeS,FeS與氧和水發生反應生成連多硫酸。同時,反應生成的大量原子氫被吸附在金屬表面,并通過缺陷部位向金屬內部擴散,進入金屬內部的氫將與位錯發生交互作用,促進了位錯的發射和運動,即促進了局部塑性變形,從而降低了材料產生裂紋的臨界應力值。
⑥. 應(ying)力因素
不銹(xiu)鋼應(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)一(yi)般由(you)拉應(ying)力(li)(li)(li)引(yin)起,包括工作(zuo)應(ying)力(li)(li)(li)、殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)、溫差應(ying)力(li)(li)(li),甚(shen)至是(shi)腐蝕(shi)產(chan)物引(yin)起的(de)拉應(ying)力(li)(li)(li),而由(you)殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)造(zao)成的(de)腐蝕(shi)斷(duan)裂事(shi)故(gu)占總應(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)破(po)裂事(shi)故(gu)總和的(de)80%以上(shang)。殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)主(zhu)要來源于加(jia)(jia)工過程(cheng)中由(you)于焊接(jie)或其他加(jia)(jia)熱、冷卻工藝而引(yin)起的(de)內(nei)應(ying)力(li)(li)(li)。力(li)(li)(li)的(de)主(zhu)要作(zuo)用是(shi)破(po)壞鈍化膜(mo)、加(jia)(jia)速(su)(su)氯(lv)離子的(de)吸附、改變(bian)表面膜(mo)成分(fen)和結構、加(jia)(jia)速(su)(su)陽極(ji)溶解等。
也有(you)研(yan)究者認為壓應力(li)(li)(li)(li)也可以引起應力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)。隨(sui)著(zhu)對應力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)研(yan)究的深入(ru),人(ren)們發現應變(bian)(bian)(bian)速率(lv)才是真正控制應力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)產生和擴展的參數(shu),應力(li)(li)(li)(li)的作用(yong)在(zai)于(yu)促進應變(bian)(bian)(bian)。對于(yu)每種材料-介(jie)質體系,都存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)臨(lin)界應變(bian)(bian)(bian)速率(lv)值(zhi)。在(zai)一(yi)定應變(bian)(bian)(bian)速率(lv)內,單位面積內萌生的裂(lie)紋(wen)數(shu)及(ji)裂(lie)紋(wen)擴展平均(jun)速率(lv)隨(sui)應變(bian)(bian)(bian)速率(lv)的增(zeng)大(da)而增(zeng)大(da)。
⑦. 材料因(yin)素
研究表明,細晶可(ke)(ke)以使(shi)裂(lie)紋傳(chuan)播(bo)困(kun)難,提高抗應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷裂(lie)的(de)(de)能力(li)(li)。奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼中少量(liang)的(de)(de)δ鐵素體可(ke)(ke)以提高抗應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)能力(li)(li),但過(guo)多(duo)的(de)(de)鐵素體會引起選擇性腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。不(bu)銹(xiu)鋼中的(de)(de)雜質(zhi)對應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)影響也很大,雜質(zhi)的(de)(de)微量(liang)變化可(ke)(ke)能會引起裂(lie)紋的(de)(de)萌生。如,S可(ke)(ke)以增加氯脆的(de)(de)敏(min)感(gan)性,MnS可(ke)(ke)以優(you)先被溶解形(xing)成(cheng)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi),而氯離(li)子擠入孔核促進點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)擴展,造成(cheng)應力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)加速。
⑧. 結構與流場
應力腐(fu)蝕作為(wei)一種局部腐(fu)蝕,常(chang)常(chang)受設備(bei)的幾(ji)何形(xing)狀以及流(liu)體的流(liu)速、流(liu)型等(deng)(deng)影響(xiang)。例如,在(zai)廢熱鍋爐中,換熱管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板之(zhi)間存在(zai)微量的縫隙(xi),縫隙(xi)中換熱管(guan)(guan)外(wai)壁常(chang)會發(fa)(fa)生應力腐(fu)蝕。Chen等(deng)(deng)根據廢熱鍋爐實(shi)際運行情況,通過模擬發(fa)(fa)現氯(lv)離子(zi)沉(chen)積(ji)位置受到(dao)管(guan)(guan)路中湍流(liu)量和流(liu)動狀態的影響(xiang),在(zai)彎(wan)曲部位沉(chen)積(ji)嚴重;對于變徑管(guan)(guan)模型,氯(lv)離子(zi)沉(chen)積(ji)主(zhu)要集中在(zai)突擴處壁面(mian)。
3. 裂紋萌生(sheng)和擴展
對于應力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)裂(lie)紋的(de)萌生位(wei)置,研(yan)究人員(yuan)普遍認為,一般情況下(xia),裂(lie)紋從(cong)金(jin)屬表面(mian)的(de)點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑處形核并(bing)擴(kuo)展。1989年,Kondo最(zui)早提出(chu)預測(ce)點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)向腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)疲(pi)勞(lao)裂(lie)紋轉化的(de)實(shi)質性方(fang)法,他把(ba)點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑假設為與其長(chang)、深(shen)尺寸(cun)(cun)相同的(de)二維半橢圓形表面(mian)裂(lie)紋,認為點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)向裂(lie)紋擴(kuo)展必須滿足兩個條件:點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)大(da)于門檻(jian)(jian)值(zhi);裂(lie)紋生長(chang)速率大(da)于點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)生長(chang)速率。在(zai)后來的(de)疲(pi)勞(lao)裂(lie)紋產生研(yan)究中,該方(fang)法得到(dao)了廣泛(fan)應用,并(bing)得到(dao)了進一步完(wan)善。然而(er),把(ba)微(wei)小(xiao)尺寸(cun)(cun)的(de)點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑等(deng)效(xiao)為裂(lie)紋,此時裂(lie)紋的(de)應力(li)(li)強(qiang)度(du)因子可(ke)能會大(da)于微(wei)裂(lie)紋的(de)擴(kuo)展門檻(jian)(jian)值(zhi)。為避(bi)免(mian)以上問(wen)題,文獻。進一步研(yan)究了應力(li)(li)強(qiang)度(du)因子準(zhun)則(ze)(ze),并(bing)對其進行(xing)了改進。借鑒Kondo準(zhun)則(ze)(ze),2006年,Turnbull等(deng)建立了點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)轉化為應力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)準(zhun)則(ze)(ze),并(bing)根據點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)生長(chang)率公式推導(dao)出(chu)裂(lie)紋萌生時點蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑臨界深(shen)度(du)。
受(shou)觀測技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)影響,在(zai)裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)研(yan)究的(de)(de)(de)早期(qi),人(ren)們認為裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)點(dian)蝕(shi)坑(keng)底部,并(bing)且點(dian)蝕(shi)坑(keng)要(yao)超過一定深(shen)度裂(lie)紋(wen)(wen)才萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)。然而(er),隨(sui)著觀測技術(shu)(shu)的(de)(de)(de)發(fa)展,研(yan)究人(ren)員發(fa)現(xian),實(shi)際的(de)(de)(de)裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)情(qing)況(kuang)并(bing)不(bu)像以前推測的(de)(de)(de)那樣。從21世紀初期(qi)開(kai)始,研(yan)究人(ren)員借助成(cheng)像技術(shu)(shu)加(jia)大了對裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)過程的(de)(de)(de)觀察。Turnbull和 Horner等通過X射線計算機斷(duan)層成(cheng)像技術(shu)(shu)觀察到(dao):裂(lie)紋(wen)(wen)主要(yao)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)點(dian)蝕(shi)坑(keng)開(kai)口部位或者附(fu)近(jin)。他們對于(yu)所觀察到(dao)的(de)(de)(de)這一現(xian)象,無法從電化學角度來解釋,因此試圖從力學角度出(chu)發(fa)尋求解答(da)。于(yu)是,Turnbull等采用有限元模擬了圓(yuan)柱形(xing)試樣表面正在(zai)生(sheng)(sheng)長的(de)(de)(de)半球(qiu)形(xing)點(dian)蝕(shi)坑(keng)受(shou)拉伸應(ying)(ying)力時(shi)應(ying)(ying)力和應(ying)(ying)變的(de)(de)(de)分(fen)布情(qing)況(kuang),結果表明:塑性應(ying)(ying)變出(chu)現(xian)在(zai)坑(keng)口下面的(de)(de)(de)壁面,而(er)不(bu)是坑(keng)底。隨(sui)著外加(jia)應(ying)(ying)力的(de)(de)(de)降低,裂(lie)紋(wen)(wen)發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)坑(keng)口的(de)(de)(de)比例增加(jia),當外加(jia)應(ying)(ying)力為50%屈服強(qiang)度時(shi),沒有裂(lie)紋(wen)(wen)起(qi)源于(yu)坑(keng)底;
因(yin)此,Turnbull等(deng)(deng)(deng)認為,在外(wai)載荷下點蝕生(sheng)長引起的(de)(de)(de)動態塑性應(ying)(ying)變可能是(shi)引起裂紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)主要(yao)原因(yin),同(tong)時,他(ta)(ta)們也認為不能忽略(lve)環(huan)境的(de)(de)(de)作(zuo)用。另外(wai),Acuna等(deng)(deng)(deng)發現裂紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)主要(yao)受合應(ying)(ying)力的(de)(de)(de)方向和點蝕坑(keng)深徑比的(de)(de)(de)影響。Zhu等(deng)(deng)(deng)通過對(dui)材料施加超低彈(dan)性應(ying)(ying)力(20MPa),發現裂紋(wen)(wen)優先在肩部形核(he)而(er)不是(shi)在坑(keng)底(di),因(yin)此處應(ying)(ying)力和應(ying)(ying)變較大。Turnbull的(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)把淺(qian)坑(keng)等(deng)(deng)(deng)效(xiao)為半球形、深坑(keng)等(deng)(deng)(deng)效(xiao)為子彈(dan)形,這與實際的(de)(de)(de)點蝕形貌有(you)一定的(de)(de)(de)距。但是(shi),他(ta)(ta)們對(dui)傳統的(de)(de)(de)裂紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)模(mo)型提出(chu)了(le)質疑,這給(gei)了(le)我們很大的(de)(de)(de)啟(qi)示。由于裂紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)的(de)(de)(de)復雜性,最終沒有(you)給(gei)出(chu)明確的(de)(de)(de)裂紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)新模(mo)型。
目(mu)前,最具代表性應(ying)力腐蝕裂紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴(kuo)(kuo)展(zhan)速率定(ding)量預(yu)測理論公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是(shi) Ford-Andre-sen公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)和(he)FRI公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(也稱(cheng)為Shoji公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi))。但是(shi)由于(yu)這(zhe)(zhe)兩個公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)中(zhong)一(yi)些參數(shu)不易確定(ding),很(hen)難應(ying)用到實(shi)際工程(cheng)中(zhong)。工程(cheng)中(zhong)應(ying)用比(bi)較廣(guang)泛的(de)應(ying)力腐蝕裂紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴(kuo)(kuo)展(zhan)速率經(jing)驗公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是(shi)Clark公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)和(he)Paris公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)。Clark公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)確定(ding)了材料的(de)屈服強度(du)和(he)環(huan)(huan)境(jing)(jing)溫(wen)度(du)兩個參數(shu)對(dui)(dui)裂紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴(kuo)(kuo)展(zhan)速率的(de)影響;Paris公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)建立了應(ying)力強度(du)因子(zi)和(he)裂紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴(kuo)(kuo)展(zhan)速率之間的(de)關系(xi)。以上(shang)公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)考慮(lv)的(de)都是(shi)高溫(wen)水環(huan)(huan)境(jing)(jing),對(dui)(dui)于(yu)氯離(li)子(zi)環(huan)(huan)境(jing)(jing)下(xia)應(ying)力腐蝕裂紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴(kuo)(kuo)展(zhan),這(zhe)(zhe)些公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是(shi)否適合,還需要進一(yi)步的(de)研究。
4. 隨機特性
參數的(de)不確(que)定性引起(qi)對應力(li)(li)腐(fu)蝕裂紋的(de)萌(meng)生(sheng)、裂紋尺寸(cun)以(yi)及(ji)(ji)應力(li)(li)腐(fu)蝕失效分析結果的(de)隨(sui)機(ji)性。斷(duan)裂韌度(du)(du)、屈服強度(du)(du)、缺(que)陷增長率、初始缺(que)陷形狀和尺寸(cun)分布以(yi)及(ji)(ji)載荷是應力(li)(li)腐(fu)蝕隨(sui)機(ji)性分析所涉及(ji)(ji)的(de)主(zhu)要隨(sui)機(ji)變量(liang)。
目前,有(you)關應(ying)力腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)、擴(kuo)展隨機(ji)性(xing)的(de)研(yan)究較少。Turnbull通過分(fen)析實驗數據(ju),給出了點蝕轉化為(wei)應(ying)力腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)可能性(xing)的(de)三(san)參(can)數 Weibull分(fen)布函數。1996年,Scarf對焊(han)縫處裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)和擴(kuo)展的(de)隨機(ji)性(xing)進行了研(yan)究,他認為(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)服從齊次(ci)泊松(song)過程(cheng),裂(lie)(lie)紋(wen)生(sheng)(sheng)長(chang)滿足Weibull分(fen)布,他所建立的(de)概率模型屬于(yu)經驗公式(shi),沒有(you)考慮(lv)裂(lie)(lie)紋(wen)產(chan)生(sheng)(sheng)的(de)物理過程(cheng)。
應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)隨(sui)機(ji)性與(yu)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)形(xing)(xing)式(shi)(shi)有(you)關(guan),不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)(de)場合,應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)有(you)不(bu)(bu)(bu)同的(de)(de)(de)形(xing)(xing)式(shi)(shi)和準(zhun)(zhun)則(ze)(ze)。黃洪(hong)鐘(zhong)和馮蘊雯等認為,當應(ying)(ying)力(li)(li)強度(du)因(yin)子KI大于應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)臨(lin)界應(ying)(ying)力(li)(li)強度(du)因(yin)子Kiscc 時(shi)構件就發(fa)生應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)。應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)更普遍(bian)ISCC的(de)(de)(de)形(xing)(xing)式(shi)(shi)是(shi)(shi)泄漏(lou)(lou)失(shi)(shi)(shi)效(xiao)和斷裂失(shi)(shi)(shi)效(xiao)。當裂紋(wen)(wen)穿透壁厚(hou)時(shi)長(chang)度(du)方向尺寸小于裂紋(wen)(wen)失(shi)(shi)(shi)穩擴展(zhan)的(de)(de)(de)臨(lin)界長(chang)度(du),此時(shi)只(zhi)引起設備(bei)的(de)(de)(de)泄漏(lou)(lou),不(bu)(bu)(bu)會產(chan)生爆破(po),這種(zhong)現象也稱為“未(wei)爆先(xian)(xian)漏(lou)(lou)(leak before burst,LBB)”[105].從1963年Irwin率先(xian)(xian)提(ti)出(chu)未(wei)爆先(xian)(xian)漏(lou)(lou)的(de)(de)(de)概(gai)念。至今,已形(xing)(xing)成了不(bu)(bu)(bu)同形(xing)(xing)式(shi)(shi)的(de)(de)(de)LBB安全評定(ding)(ding)準(zhun)(zhun)則(ze)(ze)。其(qi)中,1990年,Sharp-les等提(ti)出(chu)的(de)(de)(de)含(han)缺(que)陷結構安全評定(ding)(ding)的(de)(de)(de)LBB評定(ding)(ding)圖技術是(shi)(shi)應(ying)(ying)用較方便的(de)(de)(de)、較能適合工(gong)程安全評定(ding)(ding)的(de)(de)(de)LBB準(zhun)(zhun)則(ze)(ze),但是(shi)(shi)目前(qian)該評定(ding)(ding)圖還只(zhi)是(shi)(shi)一種(zhong)靜態(tai)評定(ding)(ding)。
當(dang)裂(lie)(lie)紋長(chang)度達到(dao)一定值時,裂(lie)(lie)紋便失(shi)(shi)(shi)(shi)穩(wen)擴展,導(dao)致設備(bei)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)(shi)(shi)效。目前,采(cai)用斷(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)學理論(lun)分(fen)析(xi)(xi)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)(shi)(shi)效問(wen)題已經很成(cheng)熟(shu),同時概(gai)(gai)率(lv)(lv)斷(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)學可以很好地解(jie)決應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)(shi)(shi)效的(de)隨(sui)機(ji)(ji)性。應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)(shi)(shi)效概(gai)(gai)率(lv)(lv)計算中,主要的(de)隨(sui)機(ji)(ji)變量(liang)是(shi)材(cai)料(liao)的(de)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度。1999年(nian),張鈺(yu)等(deng)(deng)把(ba)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)強(qiang)(qiang)度因子K1和(he)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度KIC作為隨(sui)機(ji)(ji)變量(liang),利用兩端截尾分(fen)布(bu)理論(lun)及應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)-強(qiang)(qiang)度干涉模(mo)型(xing)建立了(le)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度的(de)概(gai)(gai)率(lv)(lv)設計方(fang)法。材(cai)料(liao)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度是(shi)材(cai)料(liao)固有(you)的(de)特性值,由于(yu)分(fen)散性較大(da),一般被認為是(shi)服(fu)(fu)從Weibull分(fen)布(bu)或正態分(fen)布(bu)的(de)隨(sui)機(ji)(ji)變量(liang)。應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)強(qiang)(qiang)度因子的(de)分(fen)布(bu)函數(shu)與材(cai)料(liao)屈服(fu)(fu)強(qiang)(qiang)度、裂(lie)(lie)紋形狀和(he)尺寸、應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)等(deng)(deng)變量(liang)的(de)隨(sui)機(ji)(ji)性有(you)關(guan)。2000年(nian),劉敏(min)等(deng)(deng)通過(guo)分(fen)析(xi)(xi)實驗數(shu)據(ju),給出了(le)小樣本下焊(han)縫(feng)金(jin)(jin)屬(shu)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度JIC概(gai)(gai)率(lv)(lv)分(fen)布(bu)函數(shu)的(de)確定方(fang)法,得出SUS316L不銹(xiu)鋼焊(han)縫(feng)金(jin)(jin)屬(shu)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度的(de)最優概(gai)(gai)率(lv)(lv)分(fen)布(bu)函數(shu)為Weibull分(fen)布(bu)。2010年(nian),Onizawa等(deng)(deng)考慮焊(han)接殘余應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)分(fen)布(bu),采(cai)用概(gai)(gai)率(lv)(lv)斷(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)學分(fen)析(xi)(xi)方(fang)法估算了(le)奧氏體不銹(xiu)鋼管道應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐蝕(shi)失(shi)(shi)(shi)(shi)效概(gai)(gai)率(lv)(lv)。
2001年,薛紅軍(jun)等采用(yong)(yong)概(gai)率(lv)(lv)有限(xian)(xian)元方(fang)法,計算了(le)由載荷隨機(ji)性、材(cai)料特(te)性隨機(ji)性和(he)裂(lie)紋幾何形(xing)狀隨機(ji)性所引起的(de)(de)應力強(qiang)度因子隨機(ji)性的(de)(de)統計量,并利用(yong)(yong)一階可(ke)靠性理論確定(ding)結構脆性斷裂(lie)的(de)(de)失(shi)效概(gai)率(lv)(lv)。2009年,Tohgo等采用(yong)(yong)蒙特(te)卡(ka)羅法模擬了(le)敏化304不銹鋼光滑表(biao)面應力腐蝕過程,微(wei)裂(lie)紋的(de)(de)萌生(sheng)(sheng)率(lv)(lv)由指數分(fen)布(bu)的(de)(de)隨機(ji)數產(chan)生(sheng)(sheng),裂(lie)紋萌生(sheng)(sheng)位置和(he)裂(lie)紋尺寸(cun)分(fen)別由均勻隨機(ji)數和(he)正態隨機(ji)數生(sheng)(sheng)成(cheng)。祖(zu)新星等利用(yong)(yong)Clark公式計算了(le)裂(lie)紋擴展速率(lv)(lv),采用(yong)(yong)蒙特(te)卡(ka)羅方(fang)法在抽樣及(ji)單次時長(chang)計算基礎上,對(dui)一定(ding)年限(xian)(xian)內轉子應力腐蝕失(shi)效的(de)(de)概(gai)率(lv)(lv)進(jin)行了(le)預測(ce),并計算了(le)應力腐蝕產(chan)生(sheng)(sheng)飛射物(wu)的(de)(de)概(gai)率(lv)(lv)。
5. 模糊特性(xing)
隨著對結構可靠性的深入研究,在考慮參數隨機性的同時,人們逐漸認識到結構工程中存在的另一種不確定性,即模糊性。模糊性是指事物概念本身是模糊的,也就是說概念內涵模糊,邊界不清楚,在質上沒有確切的含義,在量上沒有明確的界限。目前,模糊數學可以解決由模糊性引起的不確定性問題,其中隸屬函數可以使模糊性在形式上轉化為確定性。陳國明認為在斷裂力學中,一些參數不僅存在隨機性,而且具有模糊性,并提出了模糊概率斷裂力學分支。在很多研究中,研究人員把裂紋尺寸作為模糊變量,并給出了相應的隸屬函數。周劍秋等同時考慮參數的隨機性和失效模式模糊性,提出了計算含缺陷壓力管道模糊失效概率的方法。李強等把斷裂事件視為一個模糊事件,計算了模糊疲勞斷裂失效概率。Anoop等對奧氏體不銹(xiu)鋼管道(dao)應力腐蝕開裂進行了研究,把溫度作為模糊變量,其余參數作為隨機變量,給出了在一定載荷下應力腐蝕裂紋失效概率的隸屬度函數。相對于一般概率理論,模糊概率理論起步較晚,尚處于探索階段。

