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. 影響因素
奧(ao)氏體(ti)不銹(xiu)鋼最(zui)常(chang)見(jian)的應力腐蝕(shi)開裂發生在(zai)含(han)氯離子的環(huan)境(jing)中。除了材料(liao)和(he)受力狀態之外,介質環(huan)境(jing)、構(gou)件幾何結構(gou)以及(ji)流(liu)場等是(shi)影響應力腐蝕(shi)的主要因素。
①. 氯離子(zi)濃度
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)(du)(du)是不(bu)銹鋼(gang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)的(de)(de)(de)另一個重(zhong)要參數(shu),一定溫(wen)度(du)(du)(du)范圍(wei)內,溫(wen)度(du)(du)(du)越高(gao),應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)越容易。一般認為奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼(gang),在室(shi)溫(wen)下較(jiao)少(shao)有(you)發(fa)生氯化物(wu)開裂(lie)的(de)(de)(de)危險。關(guan)矞心等。對高(gao)溫(wen)水中(zhong)(zhong)不(bu)銹鋼(gang)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)研究發(fa)現,250℃是316L不(bu)銹鋼(gang)發(fa)生應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)開裂(lie)的(de)(de)(de)敏感溫(wen)度(du)(du)(du)。從(cong)經驗(yan)上(shang)看,大(da)約在60~70℃,長時(shi)間暴露(lu)在腐(fu)(fu)蝕(shi)環境中(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)材(cai)料易發(fa)生氯化物(wu)開裂(lie)。對于(yu)穿晶型應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)來(lai)說(shuo),溫(wen)度(du)(du)(du)較(jiao)高(gao)時(shi),即使C1-濃度(du)(du)(du)很低,也會發(fa)生應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(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(zai)中(zhong)性(xing)環(huan)境中(zhong)有溶(rong)解(jie)氧(yang)或(huo)有其(qi)他氧(yang)化劑的存在(zai)是引起(qi)應(ying)力腐蝕破裂的必要(yao)條件。溶(rong)液中(zhong)溶(rong)解(jie)氧(yang)增加,應(ying)力腐蝕破裂就越容易(yi)。在(zai)完全缺氧(yang)的情(qing)況下,奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼將不會(hui)發(fa)生(sheng)氯化物腐蝕斷(duan)裂。氧(yang)之所以(yi)促進應(ying)力腐蝕的發(fa)生(sheng)尖(jian)端(duan)裂紋更(geng)易(yi)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. 應力因素
不銹鋼應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕一般由(you)拉應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)引(yin)起,包括工(gong)作應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)、殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)、溫差應(ying)(ying)(ying)力(li)(li),甚至是腐(fu)(fu)蝕產(chan)物引(yin)起的(de)拉應(ying)(ying)(ying)力(li)(li),而由(you)殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)造成(cheng)的(de)腐(fu)(fu)蝕斷裂事故占總(zong)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕破(po)裂事故總(zong)和的(de)80%以上。殘(can)(can)余應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)主要來源(yuan)于加(jia)工(gong)過程中由(you)于焊接(jie)或其他(ta)加(jia)熱、冷(leng)卻工(gong)藝而引(yin)起的(de)內應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。力(li)(li)的(de)主要作用(yong)是破(po)壞鈍化膜(mo)、加(jia)速(su)氯離(li)子的(de)吸(xi)附(fu)、改變表面膜(mo)成(cheng)分和結構、加(jia)速(su)陽(yang)極(ji)溶解等。
也(ye)有研究者認為壓應(ying)力(li)也(ye)可以引起(qi)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。隨(sui)著對應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)研究的深(shen)入,人們發現應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)才是(shi)真正控制應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)裂(lie)紋產生和擴展的參數,應(ying)力(li)的作用在于促進應(ying)變(bian)(bian)。對于每種材料-介質體系(xi),都存在一(yi)個(ge)臨界應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)值(zhi)。在一(yi)定應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)內,單位面(mian)積內萌(meng)生的裂(lie)紋數及(ji)裂(lie)紋擴展平均(jun)速率(lv)(lv)隨(sui)應(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)的增(zeng)大而(er)增(zeng)大。
⑦. 材料因素
研究表明,細(xi)晶可(ke)以(yi)使裂(lie)紋傳(chuan)播(bo)困難,提高(gao)抗應力腐(fu)蝕(shi)(shi)斷裂(lie)的(de)能力。奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼中少量(liang)的(de)δ鐵素體(ti)(ti)可(ke)以(yi)提高(gao)抗應力腐(fu)蝕(shi)(shi)能力,但過多的(de)鐵素體(ti)(ti)會(hui)引(yin)起選擇性腐(fu)蝕(shi)(shi)。不銹鋼中的(de)雜(za)質對應力腐(fu)蝕(shi)(shi)影響(xiang)也(ye)很大,雜(za)質的(de)微量(liang)變(bian)化可(ke)能會(hui)引(yin)起裂(lie)紋的(de)萌生。如,S可(ke)以(yi)增加(jia)氯脆的(de)敏感性,MnS可(ke)以(yi)優先(xian)被溶解形成(cheng)點蝕(shi)(shi),而(er)氯離子擠入孔核促(cu)進點蝕(shi)(shi)擴展,造成(cheng)應力腐(fu)蝕(shi)(shi)加(jia)速。
⑧. 結構與流場
應(ying)(ying)力(li)腐蝕作為一種局(ju)部(bu)腐蝕,常常受設備的(de)幾(ji)何形狀(zhuang)以(yi)及流(liu)(liu)體的(de)流(liu)(liu)速、流(liu)(liu)型等影響。例如,在(zai)廢熱(re)鍋(guo)爐中(zhong)(zhong),換熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)之(zhi)間存在(zai)微量(liang)的(de)縫(feng)隙,縫(feng)隙中(zhong)(zhong)換熱(re)管(guan)外(wai)壁常會(hui)發生應(ying)(ying)力(li)腐蝕。Chen等根據廢熱(re)鍋(guo)爐實際運行情況,通過模(mo)擬發現氯離(li)子沉積(ji)位(wei)置受到管(guan)路中(zhong)(zhong)湍流(liu)(liu)量(liang)和流(liu)(liu)動狀(zhuang)態的(de)影響,在(zai)彎曲部(bu)位(wei)沉積(ji)嚴重;對于(yu)變徑管(guan)模(mo)型,氯離(li)子沉積(ji)主(zhu)要集中(zhong)(zhong)在(zai)突擴(kuo)處壁面。
3. 裂(lie)紋萌生和擴展
對于應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)萌(meng)生(sheng)位置,研(yan)究人員(yuan)普遍認(ren)為(wei),一(yi)般情(qing)況下(xia),裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)從金屬表面(mian)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)處(chu)形核并擴(kuo)展(zhan)(zhan)。1989年(nian),Kondo最早提出預測點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)向(xiang)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)疲勞裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)轉(zhuan)(zhuan)化的(de)實質性方法(fa),他把(ba)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)假設為(wei)與其長(chang)(chang)、深尺寸(cun)相同的(de)二維半橢(tuo)圓形表面(mian)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen),認(ren)為(wei)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)(zhan)必(bi)須滿足兩個條件:點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)大于門檻值(zhi);裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)生(sheng)長(chang)(chang)速率大于點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)生(sheng)長(chang)(chang)速率。在后來(lai)的(de)疲勞裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)產生(sheng)研(yan)究中(zhong),該方法(fa)得到(dao)了(le)(le)廣泛應(ying)用,并得到(dao)了(le)(le)進一(yi)步(bu)完善。然而,把(ba)微小尺寸(cun)的(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)等效為(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen),此時(shi)(shi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)應(ying)力(li)強度(du)因子可能會大于微裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)擴(kuo)展(zhan)(zhan)門檻值(zhi)。為(wei)避免以(yi)上(shang)問(wen)題,文獻。進一(yi)步(bu)研(yan)究了(le)(le)應(ying)力(li)強度(du)因子準則,并對其進行了(le)(le)改(gai)進。借鑒(jian)Kondo準則,2006年(nian),Turnbull等建立了(le)(le)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)轉(zhuan)(zhuan)化為(wei)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)準則,并根據(ju)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)生(sheng)長(chang)(chang)率公式推導出裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)時(shi)(shi)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)臨界深度(du)。
受(shou)觀(guan)(guan)測(ce)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)影響,在(zai)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)研(yan)究的(de)(de)(de)(de)早(zao)期,人(ren)(ren)們認為裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)于(yu)(yu)點(dian)蝕(shi)(shi)坑(keng)底部(bu),并且(qie)點(dian)蝕(shi)(shi)坑(keng)要超過一定深度裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)才(cai)萌(meng)(meng)生(sheng)。然而,隨著觀(guan)(guan)測(ce)技(ji)術的(de)(de)(de)(de)發展,研(yan)究人(ren)(ren)員發現(xian),實際(ji)的(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)情(qing)況并不像(xiang)以前推測(ce)的(de)(de)(de)(de)那樣(yang)。從21世紀初期開始(shi),研(yan)究人(ren)(ren)員借助(zhu)成像(xiang)技(ji)術加大了對裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)過程的(de)(de)(de)(de)觀(guan)(guan)察(cha)。Turnbull和 Horner等通過X射線計算機斷層成像(xiang)技(ji)術觀(guan)(guan)察(cha)到(dao):裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)主要萌(meng)(meng)生(sheng)于(yu)(yu)點(dian)蝕(shi)(shi)坑(keng)開口(kou)部(bu)位或者附(fu)近。他們對于(yu)(yu)所(suo)觀(guan)(guan)察(cha)到(dao)的(de)(de)(de)(de)這一現(xian)象,無法從電化學(xue)角度來解(jie)釋(shi),因此試(shi)圖從力(li)學(xue)角度出發尋求解(jie)答。于(yu)(yu)是,Turnbull等采用有限元模擬了圓柱(zhu)形試(shi)樣(yang)表面(mian)正在(zai)生(sheng)長的(de)(de)(de)(de)半(ban)球(qiu)形點(dian)蝕(shi)(shi)坑(keng)受(shou)拉伸(shen)應力(li)時(shi)(shi)應力(li)和應變(bian)的(de)(de)(de)(de)分布情(qing)況,結果表明:塑性應變(bian)出現(xian)在(zai)坑(keng)口(kou)下(xia)面(mian)的(de)(de)(de)(de)壁(bi)面(mian),而不是坑(keng)底。隨著外加應力(li)的(de)(de)(de)(de)降低,裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)發生(sheng)在(zai)坑(keng)口(kou)的(de)(de)(de)(de)比(bi)例增加,當外加應力(li)為50%屈服強度時(shi)(shi),沒(mei)有裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)起源于(yu)(yu)坑(keng)底;
因此(ci)(ci),Turnbull等認(ren)為(wei),在外(wai)載荷下點蝕(shi)生(sheng)長引起的(de)(de)(de)動態塑(su)性應變可能是引起裂紋(wen)的(de)(de)(de)主要(yao)原(yuan)因,同時,他們(men)也認(ren)為(wei)不能忽略(lve)環(huan)境的(de)(de)(de)作用。另外(wai),Acuna等發現(xian)裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)主要(yao)受合應力的(de)(de)(de)方(fang)向和(he)(he)點蝕(shi)坑(keng)深徑比的(de)(de)(de)影響。Zhu等通過對(dui)材(cai)料(liao)施加超低彈性應力(20MPa),發現(xian)裂紋(wen)優先在肩(jian)部形(xing)核而不是在坑(keng)底,因此(ci)(ci)處應力和(he)(he)應變較(jiao)大(da)。Turnbull的(de)(de)(de)研究把(ba)淺坑(keng)等效為(wei)半球形(xing)、深坑(keng)等效為(wei)子彈形(xing),這與實(shi)際的(de)(de)(de)點蝕(shi)形(xing)貌有(you)一定(ding)的(de)(de)(de)距。但是,他們(men)對(dui)傳統的(de)(de)(de)裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)模型提出了(le)質疑,這給了(le)我們(men)很大(da)的(de)(de)(de)啟示。由于裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)的(de)(de)(de)復(fu)雜(za)性,最終沒有(you)給出明(ming)確的(de)(de)(de)裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)新模型。
目前,最具代表性應(ying)(ying)(ying)力腐(fu)蝕裂(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)速(su)率(lv)(lv)(lv)定量預測理論公式(shi)(shi)是(shi) Ford-Andre-sen公式(shi)(shi)和(he)FRI公式(shi)(shi)(也稱為Shoji公式(shi)(shi))。但是(shi)由于這兩(liang)個(ge)公式(shi)(shi)中(zhong)一(yi)些(xie)參(can)數不易確定,很難應(ying)(ying)(ying)用到實際工程(cheng)中(zhong)。工程(cheng)中(zhong)應(ying)(ying)(ying)用比較(jiao)廣泛的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力腐(fu)蝕裂(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)速(su)率(lv)(lv)(lv)經驗(yan)公式(shi)(shi)是(shi)Clark公式(shi)(shi)和(he)Paris公式(shi)(shi)。Clark公式(shi)(shi)確定了材料的(de)(de)屈服(fu)強(qiang)度(du)和(he)環境溫度(du)兩(liang)個(ge)參(can)數對裂(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)速(su)率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)影響;Paris公式(shi)(shi)建立了應(ying)(ying)(ying)力強(qiang)度(du)因子和(he)裂(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)速(su)率(lv)(lv)(lv)之(zhi)間的(de)(de)關系。以上公式(shi)(shi)考慮的(de)(de)都是(shi)高溫水(shui)環境,對于氯離子環境下(xia)應(ying)(ying)(ying)力腐(fu)蝕裂(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan),這些(xie)公式(shi)(shi)是(shi)否(fou)適合,還需要進一(yi)步的(de)(de)研究。
4. 隨(sui)機特(te)性(xing)
參(can)數的不確定性(xing)(xing)引起對應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)裂紋的萌生、裂紋尺寸以及應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)失(shi)效分(fen)析結果的隨機(ji)性(xing)(xing)。斷裂韌度(du)、屈服強(qiang)度(du)、缺陷增(zeng)長率、初(chu)始(shi)缺陷形狀(zhuang)和(he)尺寸分(fen)布(bu)以及載荷(he)是(shi)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)隨機(ji)性(xing)(xing)分(fen)析所涉及的主要(yao)隨機(ji)變量(liang)。
目前,有(you)關應力腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)萌生、擴(kuo)展隨(sui)機(ji)性的(de)研究較少。Turnbull通過分(fen)析實驗(yan)(yan)數(shu)據,給出了(le)點蝕轉化為應力腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)可能性的(de)三參數(shu) Weibull分(fen)布函數(shu)。1996年,Scarf對(dui)焊縫處(chu)裂(lie)(lie)紋(wen)萌生和擴(kuo)展的(de)隨(sui)機(ji)性進行(xing)了(le)研究,他(ta)(ta)認為裂(lie)(lie)紋(wen)萌生服從齊次泊松(song)過程(cheng),裂(lie)(lie)紋(wen)生長滿(man)足Weibull分(fen)布,他(ta)(ta)所建立(li)的(de)概率模型屬(shu)于經驗(yan)(yan)公式(shi),沒有(you)考慮裂(lie)(lie)紋(wen)產生的(de)物理過程(cheng)。
應(ying)力(li)腐蝕(shi)失(shi)效的(de)(de)隨(sui)機性與失(shi)效形(xing)式(shi)有關,不(bu)同的(de)(de)場合,應(ying)力(li)腐蝕(shi)失(shi)效有不(bu)同的(de)(de)形(xing)式(shi)和準則(ze)。黃洪鐘和馮(feng)蘊雯等(deng)認為,當應(ying)力(li)強度(du)(du)因子KI大于(yu)應(ying)力(li)腐蝕(shi)臨界(jie)應(ying)力(li)強度(du)(du)因子Kiscc 時構件就發生(sheng)應(ying)力(li)腐蝕(shi)失(shi)效。應(ying)力(li)腐蝕(shi)失(shi)效更普遍ISCC的(de)(de)形(xing)式(shi)是(shi)泄(xie)漏失(shi)效和斷裂(lie)失(shi)效。當裂(lie)紋(wen)穿透壁厚時長度(du)(du)方向尺(chi)寸小于(yu)裂(lie)紋(wen)失(shi)穩擴展的(de)(de)臨界(jie)長度(du)(du),此(ci)時只引起設備的(de)(de)泄(xie)漏,不(bu)會產生(sheng)爆破,這種(zhong)現象也稱為“未爆先(xian)(xian)漏(leak before burst,LBB)”[105].從1963年Irwin率先(xian)(xian)提出(chu)未爆先(xian)(xian)漏的(de)(de)概念。至今(jin),已形(xing)成了不(bu)同形(xing)式(shi)的(de)(de)LBB安全評(ping)定(ding)準則(ze)。其(qi)中(zhong),1990年,Sharp-les等(deng)提出(chu)的(de)(de)含缺(que)陷結(jie)構安全評(ping)定(ding)的(de)(de)LBB評(ping)定(ding)圖(tu)技(ji)術是(shi)應(ying)用較方便的(de)(de)、較能(neng)適(shi)合工程安全評(ping)定(ding)的(de)(de)LBB準則(ze),但是(shi)目前該(gai)評(ping)定(ding)圖(tu)還只是(shi)一種(zhong)靜態評(ping)定(ding)。
當裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)長(chang)度(du)(du)達到(dao)一(yi)定值時,裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)便失穩擴展(zhan),導致(zhi)設(she)(she)備應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)。目前,采(cai)用(yong)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)學理(li)論(lun)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)問題已經很成熟,同時概(gai)(gai)(gai)率(lv)(lv)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)學可以很好(hao)地解決應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)的隨機(ji)(ji)(ji)性(xing)。應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)概(gai)(gai)(gai)率(lv)(lv)計算(suan)中,主要的隨機(ji)(ji)(ji)變(bian)量是材(cai)料(liao)的斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)。1999年,張鈺等把應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)強(qiang)度(du)(du)因子K1和斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)KIC作為(wei)隨機(ji)(ji)(ji)變(bian)量,利用(yong)兩端截尾分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布理(li)論(lun)及(ji)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)-強(qiang)度(du)(du)干涉模型建立了(le)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)的概(gai)(gai)(gai)率(lv)(lv)設(she)(she)計方(fang)法(fa)(fa)。材(cai)料(liao)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)是材(cai)料(liao)固有的特性(xing)值,由于分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)散性(xing)較大,一(yi)般被認為(wei)是服從Weibull分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布或正態(tai)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布的隨機(ji)(ji)(ji)變(bian)量。應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)強(qiang)度(du)(du)因子的分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布函數與材(cai)料(liao)屈服強(qiang)度(du)(du)、裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)形狀(zhuang)和尺寸、應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)等變(bian)量的隨機(ji)(ji)(ji)性(xing)有關(guan)。2000年,劉(liu)敏(min)等通(tong)過(guo)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析實驗數據(ju),給出了(le)小(xiao)樣本下焊(han)縫(feng)金屬(shu)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)JIC概(gai)(gai)(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布函數的確定方(fang)法(fa)(fa),得出SUS316L不銹鋼(gang)焊(han)縫(feng)金屬(shu)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)的最優(you)概(gai)(gai)(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布函數為(wei)Weibull分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布。2010年,Onizawa等考(kao)慮焊(han)接殘余應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布,采(cai)用(yong)概(gai)(gai)(gai)率(lv)(lv)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)學分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析方(fang)法(fa)(fa)估算(suan)了(le)奧(ao)氏體不銹鋼(gang)管道(dao)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)失效(xiao)概(gai)(gai)(gai)率(lv)(lv)。
2001年,薛(xue)紅軍等采用(yong)(yong)概(gai)率(lv)有限(xian)元方法(fa),計算(suan)了(le)由載(zai)荷隨(sui)(sui)機性(xing)、材(cai)料特(te)性(xing)隨(sui)(sui)機性(xing)和裂(lie)紋(wen)幾何形(xing)狀(zhuang)隨(sui)(sui)機性(xing)所引起的(de)(de)應(ying)(ying)(ying)力(li)強度因子隨(sui)(sui)機性(xing)的(de)(de)統計量,并(bing)利(li)用(yong)(yong)一階(jie)可(ke)靠性(xing)理論確(que)定結構脆(cui)性(xing)斷裂(lie)的(de)(de)失效概(gai)率(lv)。2009年,Tohgo等采用(yong)(yong)蒙特(te)卡羅(luo)法(fa)模擬了(le)敏(min)化304不銹鋼光滑表面應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕過程,微裂(lie)紋(wen)的(de)(de)萌生(sheng)率(lv)由指(zhi)數(shu)分布的(de)(de)隨(sui)(sui)機數(shu)產生(sheng),裂(lie)紋(wen)萌生(sheng)位置和裂(lie)紋(wen)尺寸分別由均勻(yun)隨(sui)(sui)機數(shu)和正態隨(sui)(sui)機數(shu)生(sheng)成(cheng)。祖(zu)新星等利(li)用(yong)(yong)Clark公式計算(suan)了(le)裂(lie)紋(wen)擴展速率(lv),采用(yong)(yong)蒙特(te)卡羅(luo)方法(fa)在抽(chou)樣及單次時長計算(suan)基(ji)礎(chu)上,對一定年限(xian)內轉子應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕失效的(de)(de)概(gai)率(lv)進行了(le)預測,并(bing)計算(suan)了(le)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕產生(sheng)飛(fei)射物(wu)的(de)(de)概(gai)率(lv)。
5. 模(mo)糊特性
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(guan)道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。