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(xiang)因素(su)


  奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼最常(chang)見的應力(li)腐蝕開裂發生在(zai)含(han)氯離子(zi)的環境中(zhong)。除(chu)了材(cai)料(liao)和受力(li)狀態(tai)之(zhi)外,介質環境、構件幾何結構以及(ji)流場等是影響應力(li)腐蝕的主要因素。


  ①. 氯離子濃度


    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)(wen)(wen)度(du)(du)(du)是(shi)不銹鋼(gang)應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕開裂的(de)(de)另一(yi)個重(zhong)要參(can)數,一(yi)定溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)范圍內,溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)越高(gao),應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕開裂越容易(yi)。一(yi)般認(ren)為奧(ao)氏體(ti)不銹鋼(gang),在(zai)室溫(wen)(wen)(wen)下較少(shao)有發(fa)(fa)(fa)生(sheng)氯化物開裂的(de)(de)危險。關(guan)矞心等。對高(gao)溫(wen)(wen)(wen)水中不銹鋼(gang)應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕研究(jiu)發(fa)(fa)(fa)現,250℃是(shi)316L不銹鋼(gang)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕開裂的(de)(de)敏感(gan)溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)。從經驗(yan)上看,大約在(zai)60~70℃,長時間(jian)暴露在(zai)腐(fu)(fu)(fu)蝕環境(jing)中的(de)(de)材(cai)料(liao)易(yi)發(fa)(fa)(fa)生(sheng)氯化物開裂。對于(yu)穿(chuan)晶型應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕來說,溫(wen)(wen)(wen)度(du)(du)(du)較高(gao)時,即使C1-濃度(du)(du)(du)很低(di),也(ye)會發(fa)(fa)(fa)生(sheng)應力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕。


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(han)氧量


   在(zai)中(zhong)(zhong)(zhong)性環境中(zhong)(zhong)(zhong)有(you)溶(rong)(rong)解氧(yang)(yang)或有(you)其(qi)他氧(yang)(yang)化劑的存(cun)在(zai)是引(yin)起應力(li)腐(fu)(fu)蝕破(po)裂(lie)(lie)的必要(yao)條件。溶(rong)(rong)液中(zhong)(zhong)(zhong)溶(rong)(rong)解氧(yang)(yang)增加,應力(li)腐(fu)(fu)蝕破(po)裂(lie)(lie)就越(yue)容易。在(zai)完全缺(que)氧(yang)(yang)的情(qing)況下(xia),奧氏(shi)體不銹鋼將不會發生(sheng)氯化物腐(fu)(fu)蝕斷裂(lie)(lie)。氧(yang)(yang)之所以促進(jin)應力(li)腐(fu)(fu)蝕的發生(sheng)尖(jian)端裂(lie)(lie)紋更易形成(cheng)。


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)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕一般由(you)拉應(ying)力(li)(li)(li)引(yin)起(qi),包括工(gong)(gong)作應(ying)力(li)(li)(li)、殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)、溫差應(ying)力(li)(li)(li),甚至(zhi)是腐(fu)蝕產物引(yin)起(qi)的(de)拉應(ying)力(li)(li)(li),而由(you)殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)造成(cheng)的(de)腐(fu)蝕斷裂(lie)事故(gu)占總應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕破裂(lie)事故(gu)總和的(de)80%以(yi)上。殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)主要(yao)來源于(yu)加(jia)工(gong)(gong)過程(cheng)中由(you)于(yu)焊(han)接(jie)或其他加(jia)熱(re)、冷卻(que)工(gong)(gong)藝而引(yin)起(qi)的(de)內應(ying)力(li)(li)(li)。力(li)(li)(li)的(de)主要(yao)作用是破壞鈍化膜(mo)、加(jia)速(su)氯離子的(de)吸附、改變表面膜(mo)成(cheng)分和結構(gou)、加(jia)速(su)陽極溶解等。


   也有研究(jiu)者認為壓應(ying)(ying)(ying)(ying)力也可以(yi)引起(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi)。隨(sui)著對應(ying)(ying)(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi)研究(jiu)的(de)(de)深入(ru),人們(men)發現應(ying)(ying)(ying)(ying)變速(su)(su)率(lv)才是真(zhen)正控制應(ying)(ying)(ying)(ying)力腐(fu)蝕(shi)裂(lie)紋(wen)產(chan)生(sheng)和(he)擴(kuo)展的(de)(de)參數(shu),應(ying)(ying)(ying)(ying)力的(de)(de)作用在(zai)于(yu)促進(jin)應(ying)(ying)(ying)(ying)變。對于(yu)每種(zhong)材料-介質體系,都(dou)存(cun)在(zai)一個臨界應(ying)(ying)(ying)(ying)變速(su)(su)率(lv)值(zhi)。在(zai)一定應(ying)(ying)(ying)(ying)變速(su)(su)率(lv)內(nei),單位面積內(nei)萌生(sheng)的(de)(de)裂(lie)紋(wen)數(shu)及裂(lie)紋(wen)擴(kuo)展平均速(su)(su)率(lv)隨(sui)應(ying)(ying)(ying)(ying)變速(su)(su)率(lv)的(de)(de)增大而增大。


⑦. 材(cai)料因素


   研究表明,細晶(jing)可(ke)以使裂紋傳播困難,提(ti)高(gao)抗應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂的(de)能力(li)。奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)少量(liang)的(de)δ鐵素體可(ke)以提(ti)高(gao)抗應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)能力(li),但過多的(de)鐵素體會引(yin)起選擇(ze)性腐(fu)(fu)蝕(shi)。不(bu)銹(xiu)鋼(gang)中(zhong)的(de)雜質對應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)影響也很(hen)大,雜質的(de)微量(liang)變化可(ke)能會引(yin)起裂紋的(de)萌生。如(ru),S可(ke)以增加氯脆的(de)敏感(gan)性,MnS可(ke)以優先(xian)被溶解(jie)形成點(dian)蝕(shi),而氯離子擠入孔核促(cu)進(jin)點(dian)蝕(shi)擴展,造成應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)加速(su)。


⑧. 結構與流場


   應力腐(fu)(fu)蝕(shi)作為一種(zhong)局部腐(fu)(fu)蝕(shi),常(chang)常(chang)受設(she)備的(de)幾(ji)何形狀以及(ji)流(liu)體的(de)流(liu)速(su)、流(liu)型(xing)等(deng)影響(xiang)(xiang)。例(li)如,在(zai)廢熱(re)鍋(guo)爐中,換(huan)熱(re)管(guan)和(he)管(guan)板之(zhi)間存在(zai)微量(liang)的(de)縫(feng)隙,縫(feng)隙中換(huan)熱(re)管(guan)外壁常(chang)會(hui)發生應力腐(fu)(fu)蝕(shi)。Chen等(deng)根(gen)據廢熱(re)鍋(guo)爐實際(ji)運行情(qing)況,通過模(mo)(mo)擬發現(xian)氯離子沉積(ji)位(wei)置受到管(guan)路中湍流(liu)量(liang)和(he)流(liu)動狀態(tai)的(de)影響(xiang)(xiang),在(zai)彎曲部位(wei)沉積(ji)嚴重;對于變徑管(guan)模(mo)(mo)型(xing),氯離子沉積(ji)主要集中在(zai)突擴處壁面(mian)。



3. 裂紋萌生和(he)擴展


   對(dui)(dui)于(yu)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)裂紋(wen)的萌(meng)生位(wei)置,研究(jiu)(jiu)人員普遍認為(wei),一(yi)(yi)般(ban)情況下,裂紋(wen)從(cong)金屬表(biao)面(mian)的點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)坑(keng)處(chu)形核并(bing)(bing)擴展。1989年,Kondo最早(zao)提出(chu)預測點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)向(xiang)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)疲(pi)勞裂紋(wen)轉化的實質(zhi)性方法(fa),他把(ba)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)坑(keng)假設(she)為(wei)與其長、深尺(chi)寸(cun)相同的二維半橢圓形表(biao)面(mian)裂紋(wen),認為(wei)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)向(xiang)裂紋(wen)擴展必須滿(man)足(zu)兩(liang)個(ge)條件(jian):點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)深度大(da)于(yu)門(men)檻值;裂紋(wen)生長速(su)率大(da)于(yu)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)生長速(su)率。在后(hou)來的疲(pi)勞裂紋(wen)產生研究(jiu)(jiu)中,該方法(fa)得(de)(de)到了(le)廣(guang)泛應(ying)用,并(bing)(bing)得(de)(de)到了(le)進一(yi)(yi)步(bu)完善。然而(er),把(ba)微小(xiao)尺(chi)寸(cun)的點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)坑(keng)等效為(wei)裂紋(wen),此時裂紋(wen)的應(ying)力(li)(li)強度因子可(ke)能會大(da)于(yu)微裂紋(wen)的擴展門(men)檻值。為(wei)避(bi)免以上(shang)問題,文(wen)獻。進一(yi)(yi)步(bu)研究(jiu)(jiu)了(le)應(ying)力(li)(li)強度因子準(zhun)則,并(bing)(bing)對(dui)(dui)其進行了(le)改進。借鑒Kondo準(zhun)則,2006年,Turnbull等建立了(le)點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)轉化為(wei)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)的準(zhun)則,并(bing)(bing)根(gen)據點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)生長率公式(shi)推導出(chu)裂紋(wen)萌(meng)生時點(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)坑(keng)臨界深度。


   受觀(guan)測(ce)技(ji)(ji)術的(de)影(ying)響,在裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)研究(jiu)的(de)早(zao)期(qi),人們認(ren)為裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)(yu)點蝕坑(keng)(keng)底部,并且點蝕坑(keng)(keng)要超過一定(ding)深度(du)(du)裂紋(wen)才萌(meng)生(sheng)(sheng)。然而,隨著(zhu)觀(guan)測(ce)技(ji)(ji)術的(de)發展,研究(jiu)人員(yuan)發現,實際的(de)裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)情況并不(bu)像(xiang)(xiang)以前推測(ce)的(de)那樣。從(cong)21世紀初期(qi)開始(shi),研究(jiu)人員(yuan)借助成像(xiang)(xiang)技(ji)(ji)術加(jia)(jia)大了對(dui)裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)過程的(de)觀(guan)察(cha)。Turnbull和 Horner等通過X射線(xian)計(ji)算(suan)機斷(duan)層成像(xiang)(xiang)技(ji)(ji)術觀(guan)察(cha)到:裂紋(wen)主(zhu)要萌(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)(yu)點蝕坑(keng)(keng)開口部位或者附近。他們對(dui)于(yu)(yu)所觀(guan)察(cha)到的(de)這一現象,無法從(cong)電化學角度(du)(du)來(lai)解釋,因此(ci)試(shi)圖(tu)從(cong)力(li)學角度(du)(du)出發尋求(qiu)解答。于(yu)(yu)是(shi),Turnbull等采用有(you)限元(yuan)模擬了圓(yuan)柱形試(shi)樣表(biao)面(mian)正在生(sheng)(sheng)長的(de)半球形點蝕坑(keng)(keng)受拉伸應(ying)力(li)時應(ying)力(li)和應(ying)變(bian)(bian)的(de)分(fen)布(bu)情況,結果表(biao)明(ming):塑性應(ying)變(bian)(bian)出現在坑(keng)(keng)口下面(mian)的(de)壁面(mian),而不(bu)是(shi)坑(keng)(keng)底。隨著(zhu)外(wai)加(jia)(jia)應(ying)力(li)的(de)降低,裂紋(wen)發生(sheng)(sheng)在坑(keng)(keng)口的(de)比(bi)例(li)增加(jia)(jia),當外(wai)加(jia)(jia)應(ying)力(li)為50%屈服(fu)強度(du)(du)時,沒有(you)裂紋(wen)起源于(yu)(yu)坑(keng)(keng)底;


   因(yin)此(ci),Turnbull等(deng)認為(wei)(wei),在外載荷下點(dian)(dian)蝕生(sheng)(sheng)長引(yin)起的(de)(de)動態塑性(xing)應變(bian)可能是引(yin)起裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)主要原因(yin),同時,他(ta)們(men)(men)也認為(wei)(wei)不(bu)能忽略環境的(de)(de)作(zuo)用。另外,Acuna等(deng)發現裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)主要受(shou)合(he)應力(li)的(de)(de)方向和點(dian)(dian)蝕坑深(shen)徑比的(de)(de)影響(xiang)。Zhu等(deng)通(tong)過對材(cai)料(liao)施加超低(di)彈(dan)(dan)性(xing)應力(li)(20MPa),發現裂(lie)紋(wen)(wen)優先在肩部形核(he)而不(bu)是在坑底(di),因(yin)此(ci)處應力(li)和應變(bian)較(jiao)大(da)。Turnbull的(de)(de)研究把淺坑等(deng)效為(wei)(wei)半球形、深(shen)坑等(deng)效為(wei)(wei)子彈(dan)(dan)形,這(zhe)(zhe)與實際(ji)的(de)(de)點(dian)(dian)蝕形貌有一定的(de)(de)距。但是,他(ta)們(men)(men)對傳統的(de)(de)裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)模(mo)(mo)型提出了質(zhi)疑,這(zhe)(zhe)給了我(wo)們(men)(men)很大(da)的(de)(de)啟示。由于(yu)裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)的(de)(de)復(fu)雜(za)性(xing),最終沒有給出明確的(de)(de)裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)新模(mo)(mo)型。


   目前,最具代表性應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋擴(kuo)(kuo)展(zhan)速率定(ding)量(liang)預測理論公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是(shi) Ford-Andre-sen公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)和(he)(he)FRI公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(也稱為Shoji公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi))。但是(shi)由于這兩個公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)中一些(xie)參(can)數不(bu)易(yi)確定(ding),很(hen)難應(ying)用到(dao)實際工(gong)程中。工(gong)程中應(ying)用比較(jiao)廣泛的(de)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋擴(kuo)(kuo)展(zhan)速率經驗公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是(shi)Clark公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)和(he)(he)Paris公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)。Clark公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)確定(ding)了(le)材(cai)料的(de)屈服強(qiang)度和(he)(he)環(huan)(huan)境溫度兩個參(can)數對裂(lie)(lie)紋擴(kuo)(kuo)展(zhan)速率的(de)影響;Paris公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)建立(li)了(le)應(ying)力(li)(li)(li)強(qiang)度因(yin)子和(he)(he)裂(lie)(lie)紋擴(kuo)(kuo)展(zhan)速率之間的(de)關系。以上公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)考慮(lv)的(de)都是(shi)高溫水環(huan)(huan)境,對于氯離子環(huan)(huan)境下(xia)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋擴(kuo)(kuo)展(zhan),這些(xie)公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是(shi)否適合,還需(xu)要進一步的(de)研究(jiu)。



4. 隨(sui)機特性(xing)


   參(can)數的(de)不確定(ding)性引起(qi)對應力腐(fu)(fu)蝕裂紋(wen)的(de)萌(meng)生、裂紋(wen)尺(chi)(chi)寸以及應力腐(fu)(fu)蝕失效分析(xi)結果(guo)的(de)隨(sui)機性。斷裂韌(ren)度(du)、屈服強度(du)、缺(que)陷增長率(lv)、初始缺(que)陷形狀(zhuang)和尺(chi)(chi)寸分布以及載(zai)荷是應力腐(fu)(fu)蝕隨(sui)機性分析(xi)所(suo)涉(she)及的(de)主要隨(sui)機變量。


   目前,有關應(ying)力腐(fu)蝕裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)、擴(kuo)展(zhan)隨機性(xing)的研究較少。Turnbull通過分(fen)析實驗(yan)(yan)數據,給出了(le)點蝕轉化(hua)為應(ying)力腐(fu)蝕裂紋(wen)可(ke)能性(xing)的三參數 Weibull分(fen)布函數。1996年,Scarf對焊縫處(chu)裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)和擴(kuo)展(zhan)的隨機性(xing)進(jin)行(xing)了(le)研究,他認為裂紋(wen)萌(meng)生(sheng)服從齊次泊(bo)松過程,裂紋(wen)生(sheng)長滿足Weibull分(fen)布,他所建立的概率(lv)模型屬于經驗(yan)(yan)公式(shi),沒有考慮裂紋(wen)產生(sheng)的物理(li)過程。


   應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)隨(sui)機(ji)性與失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)形(xing)式有關,不同的(de)場合,應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)有不同的(de)形(xing)式和準則(ze)。黃洪鐘(zhong)和馮蘊(yun)雯等認為(wei),當應(ying)力(li)強(qiang)度(du)因子KI大于(yu)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕臨(lin)(lin)界(jie)應(ying)力(li)強(qiang)度(du)因子Kiscc 時構件就(jiu)發生(sheng)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)。應(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)更普遍(bian)ISCC的(de)形(xing)式是(shi)(shi)泄漏(lou)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)和斷裂失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)。當裂紋穿(chuan)透壁厚時長(chang)度(du)方向(xiang)尺(chi)寸(cun)小于(yu)裂紋失(shi)(shi)穩擴展的(de)臨(lin)(lin)界(jie)長(chang)度(du),此時只(zhi)引(yin)起設(she)備(bei)的(de)泄漏(lou),不會產(chan)生(sheng)爆(bao)破,這種(zhong)現(xian)象也稱為(wei)“未爆(bao)先(xian)漏(lou)(leak before burst,LBB)”[105].從1963年Irwin率先(xian)提(ti)出(chu)未爆(bao)先(xian)漏(lou)的(de)概念。至今,已形(xing)成了不同形(xing)式的(de)LBB安(an)(an)全(quan)(quan)評定準則(ze)。其中,1990年,Sharp-les等提(ti)出(chu)的(de)含缺陷結構安(an)(an)全(quan)(quan)評定的(de)LBB評定圖(tu)技(ji)術是(shi)(shi)應(ying)用(yong)較(jiao)方便的(de)、較(jiao)能適(shi)合工程安(an)(an)全(quan)(quan)評定的(de)LBB準則(ze),但(dan)是(shi)(shi)目(mu)前該(gai)評定圖(tu)還只(zhi)是(shi)(shi)一種(zhong)靜態(tai)評定。


   當裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋長度達到一(yi)定值時,裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋便失(shi)(shi)穩擴展,導致(zhi)設備應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)。目前,采用斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)學(xue)(xue)理(li)論分(fen)(fen)(fen)析應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)問題已經很(hen)(hen)成熟,同時概(gai)率(lv)(lv)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)學(xue)(xue)可以很(hen)(hen)好地解(jie)決應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)。應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)概(gai)率(lv)(lv)計算中,主要的(de)(de)隨(sui)機(ji)(ji)變量(liang)是材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)(ren)度。1999年(nian)(nian),張鈺等把(ba)應(ying)力(li)(li)強(qiang)度因子K1和斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)(ren)度KIC作為(wei)隨(sui)機(ji)(ji)變量(liang),利用兩端截尾(wei)分(fen)(fen)(fen)布理(li)論及(ji)應(ying)力(li)(li)-強(qiang)度干涉模(mo)型建(jian)立了斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)(ren)度的(de)(de)概(gai)率(lv)(lv)設計方法。材(cai)料(liao)(liao)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)(ren)度是材(cai)料(liao)(liao)固(gu)有的(de)(de)特性(xing)值,由(you)于分(fen)(fen)(fen)散性(xing)較大(da),一(yi)般(ban)被認為(wei)是服(fu)從(cong)Weibull分(fen)(fen)(fen)布或正態(tai)分(fen)(fen)(fen)布的(de)(de)隨(sui)機(ji)(ji)變量(liang)。應(ying)力(li)(li)強(qiang)度因子的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布函(han)數(shu)與材(cai)料(liao)(liao)屈(qu)服(fu)強(qiang)度、裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋形狀(zhuang)和尺寸、應(ying)力(li)(li)等變量(liang)的(de)(de)隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)有關。2000年(nian)(nian),劉(liu)敏等通過分(fen)(fen)(fen)析實驗數(shu)據(ju),給出了小樣(yang)本下(xia)焊(han)縫金(jin)屬斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)(ren)度JIC概(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)(fen)布函(han)數(shu)的(de)(de)確定方法,得出SUS316L不銹鋼焊(han)縫金(jin)屬斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)(ren)度的(de)(de)最(zui)優概(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)(fen)布函(han)數(shu)為(wei)Weibull分(fen)(fen)(fen)布。2010年(nian)(nian),Onizawa等考慮(lv)焊(han)接殘(can)余應(ying)力(li)(li)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布,采用概(gai)率(lv)(lv)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)學(xue)(xue)分(fen)(fen)(fen)析方法估算了奧氏體不銹鋼管(guan)道應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)失(shi)(shi)效(xiao)概(gai)率(lv)(lv)。


   2001年,薛紅軍(jun)等(deng)采用(yong)(yong)(yong)概率(lv)有限(xian)元方(fang)法,計算(suan)了(le)由載荷隨機性、材料特性隨機性和裂紋幾(ji)何形狀隨機性所(suo)引起的(de)(de)應力強(qiang)度因子(zi)隨機性的(de)(de)統(tong)計量,并(bing)利用(yong)(yong)(yong)一階可靠性理論確定結構脆性斷裂的(de)(de)失(shi)效(xiao)概率(lv)。2009年,Tohgo等(deng)采用(yong)(yong)(yong)蒙特卡羅法模擬了(le)敏化304不(bu)銹(xiu)鋼光(guang)滑表面應力腐蝕過程,微裂紋的(de)(de)萌生(sheng)率(lv)由指數(shu)分布(bu)的(de)(de)隨機數(shu)產生(sheng),裂紋萌生(sheng)位置(zhi)和裂紋尺(chi)寸分別由均勻隨機數(shu)和正態隨機數(shu)生(sheng)成。祖(zu)新星等(deng)利用(yong)(yong)(yong)Clark公式計算(suan)了(le)裂紋擴展速率(lv),采用(yong)(yong)(yong)蒙特卡羅方(fang)法在抽(chou)樣及單次時長計算(suan)基礎上,對(dui)一定年限(xian)內(nei)轉子(zi)應力腐蝕失(shi)效(xiao)的(de)(de)概率(lv)進行了(le)預測,并(bing)計算(suan)了(le)應力腐蝕產生(sheng)飛射物(wu)的(de)(de)概率(lv)。



5. 模糊(hu)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等對奧氏體不銹鋼管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。