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
奧氏(shi)體不銹鋼最(zui)常見(jian)的(de)應力(li)腐蝕(shi)開裂(lie)發生(sheng)在含氯離(li)子的(de)環境(jing)中。除了材料(liao)和受(shou)力(li)狀態之外,介質環境(jing)、構件幾何結構以(yi)及流(liu)場等是影響應力(li)腐蝕(shi)的(de)主要(yao)因素。
①. 氯離子(zi)濃(nong)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(bu)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
溫度(du)(du)是不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕開裂(lie)的另一(yi)個重(zhong)要參數,一(yi)定(ding)溫度(du)(du)范圍內,溫度(du)(du)越高(gao),應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕開裂(lie)越容易。一(yi)般認為奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼,在(zai)(zai)室(shi)溫下較少有發(fa)生(sheng)(sheng)氯化(hua)物開裂(lie)的危險。關矞心等(deng)。對(dui)高(gao)溫水中不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕研(yan)究發(fa)現,250℃是316L不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼發(fa)生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕開裂(lie)的敏感(gan)溫度(du)(du)。從經驗上看,大約在(zai)(zai)60~70℃,長時間暴露在(zai)(zai)腐(fu)(fu)(fu)蝕環境中的材料易發(fa)生(sheng)(sheng)氯化(hua)物開裂(lie)。對(dui)于穿(chuan)晶型應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕來說,溫度(du)(du)較高(gao)時,即使C1-濃度(du)(du)很低,也會發(fa)生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)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. 含氧量
在(zai)(zai)中性環境中有(you)溶解氧(yang)或有(you)其他氧(yang)化劑(ji)的存在(zai)(zai)是引起(qi)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)破裂(lie)的必要條件。溶液中溶解氧(yang)增加,應(ying)力腐(fu)蝕(shi)破裂(lie)就越容易。在(zai)(zai)完全缺氧(yang)的情況下,奧(ao)氏體不銹鋼將不會(hui)發(fa)生氯化物(wu)腐(fu)蝕(shi)斷裂(lie)。氧(yang)之所以(yi)促進(jin)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)的發(fa)生尖端裂(lie)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. 應力因素
不銹鋼應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)一(yi)般(ban)由拉(la)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)引起(qi),包(bao)括(kuo)工作應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、溫差應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li),甚(shen)至是(shi)腐蝕(shi)產物引起(qi)的(de)(de)(de)拉(la)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li),而(er)由殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)造成(cheng)的(de)(de)(de)腐蝕(shi)斷(duan)裂事(shi)故占總(zong)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)破(po)裂事(shi)故總(zong)和(he)的(de)(de)(de)80%以上(shang)。殘余(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)主要來(lai)源(yuan)于加工過程中(zhong)由于焊接或其他加熱、冷卻工藝而(er)引起(qi)的(de)(de)(de)內應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)主要作用是(shi)破(po)壞(huai)鈍化(hua)膜(mo)、加速(su)氯離子的(de)(de)(de)吸附、改變表面膜(mo)成(cheng)分和(he)結構、加速(su)陽極(ji)溶解等。
也(ye)有研(yan)究(jiu)者認為壓應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)也(ye)可以引起應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕。隨著對(dui)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕研(yan)究(jiu)的(de)(de)深入,人們發現應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)(lv)才(cai)是真正控制應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕裂紋產生和擴展的(de)(de)參數,應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)的(de)(de)作用在于(yu)促進應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)。對(dui)于(yu)每種材(cai)料-介(jie)質體(ti)系,都存(cun)在一個臨界(jie)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)(lv)值(zhi)。在一定應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)(lv)內,單位面積內萌生的(de)(de)裂紋數及裂紋擴展平均速(su)率(lv)(lv)隨應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)速(su)率(lv)(lv)的(de)(de)增(zeng)(zeng)大而(er)增(zeng)(zeng)大。
⑦. 材料因素(su)
研(yan)究(jiu)表明,細晶可(ke)以(yi)使裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)傳播困難(nan),提高(gao)抗應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕斷裂(lie)(lie)(lie)的能(neng)力(li)。奧氏體不銹鋼(gang)中少量(liang)的δ鐵(tie)素體可(ke)以(yi)提高(gao)抗應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕能(neng)力(li),但過多的鐵(tie)素體會引起(qi)選擇性腐(fu)(fu)蝕。不銹鋼(gang)中的雜(za)質對應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕影(ying)響(xiang)也很大,雜(za)質的微(wei)量(liang)變化可(ke)能(neng)會引起(qi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)的萌生。如,S可(ke)以(yi)增加(jia)氯(lv)脆的敏感(gan)性,MnS可(ke)以(yi)優先被溶解形(xing)成點蝕,而氯(lv)離子擠入孔核促進點蝕擴展,造成應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕加(jia)速。
⑧. 結構與流場
應力腐(fu)(fu)蝕(shi)作(zuo)為一種(zhong)局部(bu)腐(fu)(fu)蝕(shi),常(chang)(chang)常(chang)(chang)受設備的幾何形狀以(yi)及流(liu)體(ti)的流(liu)速、流(liu)型(xing)等影(ying)(ying)響。例如,在廢熱(re)鍋爐(lu)中(zhong)(zhong),換熱(re)管(guan)和管(guan)板之間(jian)存(cun)在微量(liang)的縫(feng)(feng)隙(xi),縫(feng)(feng)隙(xi)中(zhong)(zhong)換熱(re)管(guan)外壁常(chang)(chang)會(hui)發(fa)生應力腐(fu)(fu)蝕(shi)。Chen等根據廢熱(re)鍋爐(lu)實際運行情況,通(tong)過模擬發(fa)現氯(lv)離子沉(chen)(chen)積位(wei)置受到管(guan)路中(zhong)(zhong)湍流(liu)量(liang)和流(liu)動狀態的影(ying)(ying)響,在彎曲部(bu)位(wei)沉(chen)(chen)積嚴重;對(dui)于變(bian)徑管(guan)模型(xing),氯(lv)離子沉(chen)(chen)積主要(yao)集(ji)中(zhong)(zhong)在突擴(kuo)處壁面。
3. 裂(lie)紋(wen)萌生和(he)擴展
對于(yu)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)的萌生位置,研(yan)究(jiu)人員普(pu)遍認為,一(yi)般情(qing)況(kuang)下,裂(lie)(lie)紋(wen)從金屬表(biao)面的點(dian)蝕(shi)坑處形核并擴(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)。1989年,Kondo最早提出(chu)預測點(dian)蝕(shi)向腐(fu)蝕(shi)疲勞(lao)裂(lie)(lie)紋(wen)轉化的實(shi)質性(xing)方法,他把點(dian)蝕(shi)坑假設為與其長、深(shen)尺(chi)(chi)寸相(xiang)同的二維半(ban)橢圓形表(biao)面裂(lie)(lie)紋(wen),認為點(dian)蝕(shi)向裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)必須(xu)滿足(zu)兩(liang)個條件(jian):點(dian)蝕(shi)深(shen)度大(da)(da)于(yu)門(men)檻值(zhi);裂(lie)(lie)紋(wen)生長速率(lv)大(da)(da)于(yu)點(dian)蝕(shi)生長速率(lv)。在(zai)后(hou)來(lai)的疲勞(lao)裂(lie)(lie)紋(wen)產生研(yan)究(jiu)中,該方法得到了(le)廣泛應(ying)用,并得到了(le)進(jin)一(yi)步完(wan)善。然而,把微小尺(chi)(chi)寸的點(dian)蝕(shi)坑等效為裂(lie)(lie)紋(wen),此時裂(lie)(lie)紋(wen)的應(ying)力(li)強度因(yin)子可能會大(da)(da)于(yu)微裂(lie)(lie)紋(wen)的擴(kuo)(kuo)展(zhan)(zhan)門(men)檻值(zhi)。為避免以(yi)上問題(ti),文獻。進(jin)一(yi)步研(yan)究(jiu)了(le)應(ying)力(li)強度因(yin)子準則(ze),并對其進(jin)行了(le)改(gai)進(jin)。借鑒Kondo準則(ze),2006年,Turnbull等建立了(le)點(dian)蝕(shi)轉化為應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)的準則(ze),并根據點(dian)蝕(shi)生長率(lv)公式推導出(chu)裂(lie)(lie)紋(wen)萌生時點(dian)蝕(shi)坑臨界深(shen)度。
受觀(guan)(guan)(guan)測技(ji)(ji)術的(de)影響,在(zai)(zai)(zai)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)(sheng)研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)的(de)早期,人(ren)們認(ren)為裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)(sheng)于(yu)點蝕坑(keng)(keng)(keng)底部(bu),并且點蝕坑(keng)(keng)(keng)要超過一(yi)定深(shen)度(du)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)才萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)(sheng)。然而(er),隨著觀(guan)(guan)(guan)測技(ji)(ji)術的(de)發(fa)(fa)展,研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)人(ren)員發(fa)(fa)現,實際的(de)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)(sheng)情(qing)況并不(bu)像以前推(tui)測的(de)那樣。從21世紀初期開始,研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)人(ren)員借助成(cheng)像技(ji)(ji)術加大了對裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)(sheng)過程的(de)觀(guan)(guan)(guan)察。Turnbull和 Horner等通(tong)過X射線計(ji)算機(ji)斷層成(cheng)像技(ji)(ji)術觀(guan)(guan)(guan)察到(dao):裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)主要萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)(sheng)于(yu)點蝕坑(keng)(keng)(keng)開口(kou)部(bu)位(wei)或(huo)者附近(jin)。他(ta)們對于(yu)所觀(guan)(guan)(guan)察到(dao)的(de)這一(yi)現象,無法從電化學(xue)角度(du)來解(jie)釋,因此(ci)試圖從力(li)(li)學(xue)角度(du)出發(fa)(fa)尋求解(jie)答。于(yu)是,Turnbull等采(cai)用有(you)限元模擬(ni)了圓(yuan)柱形試樣表面正(zheng)在(zai)(zai)(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)長的(de)半球形點蝕坑(keng)(keng)(keng)受拉伸(shen)應(ying)(ying)力(li)(li)時(shi)應(ying)(ying)力(li)(li)和應(ying)(ying)變的(de)分布情(qing)況,結果表明:塑(su)性應(ying)(ying)變出現在(zai)(zai)(zai)坑(keng)(keng)(keng)口(kou)下(xia)面的(de)壁(bi)面,而(er)不(bu)是坑(keng)(keng)(keng)底。隨著外(wai)加應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)降低,裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)發(fa)(fa)生(sheng)(sheng)(sheng)在(zai)(zai)(zai)坑(keng)(keng)(keng)口(kou)的(de)比例增加,當外(wai)加應(ying)(ying)力(li)(li)為50%屈服強度(du)時(shi),沒有(you)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)起源于(yu)坑(keng)(keng)(keng)底;
因此(ci),Turnbull等(deng)(deng)認(ren)為,在外(wai)載(zai)荷下點蝕生(sheng)長引(yin)起(qi)(qi)的(de)(de)動態塑性(xing)應變可能(neng)是引(yin)起(qi)(qi)裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)主(zhu)要原因,同時,他們(men)也(ye)認(ren)為不能(neng)忽略環(huan)境的(de)(de)作(zuo)用(yong)。另外(wai),Acuna等(deng)(deng)發現裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)主(zhu)要受合(he)應力(li)(li)的(de)(de)方(fang)向和點蝕坑(keng)深(shen)徑比的(de)(de)影響(xiang)。Zhu等(deng)(deng)通過對材料(liao)施加(jia)超低彈(dan)性(xing)應力(li)(li)(20MPa),發現裂(lie)紋(wen)(wen)優先在肩部(bu)形(xing)核而不是在坑(keng)底,因此(ci)處應力(li)(li)和應變較大。Turnbull的(de)(de)研究(jiu)把(ba)淺(qian)坑(keng)等(deng)(deng)效為半球形(xing)、深(shen)坑(keng)等(deng)(deng)效為子彈(dan)形(xing),這與實(shi)際的(de)(de)點蝕形(xing)貌有(you)一定的(de)(de)距。但是,他們(men)對傳統(tong)的(de)(de)裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)模(mo)(mo)型(xing)提出了質疑,這給了我們(men)很大的(de)(de)啟示。由(you)于裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)的(de)(de)復雜性(xing),最終沒有(you)給出明確的(de)(de)裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)新模(mo)(mo)型(xing)。
目前,最具代表性應力(li)(li)腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)速率定量預測理論公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是(shi) Ford-Andre-sen公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)和(he)FRI公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(也稱為Shoji公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi))。但(dan)是(shi)由(you)于這(zhe)兩個公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)中(zhong)(zhong)一些(xie)參數(shu)不易確定,很難應用到實際工(gong)程中(zhong)(zhong)。工(gong)程中(zhong)(zhong)應用比較(jiao)廣泛的(de)(de)應力(li)(li)腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)速率經驗(yan)公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是(shi)Clark公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)和(he)Paris公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)。Clark公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)確定了(le)材料的(de)(de)屈服強度(du)和(he)環(huan)境溫度(du)兩個參數(shu)對裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)速率的(de)(de)影響;Paris公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)建立了(le)應力(li)(li)強度(du)因子(zi)(zi)和(he)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)速率之間的(de)(de)關系。以上公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)考慮的(de)(de)都是(shi)高溫水環(huan)境,對于氯離子(zi)(zi)環(huan)境下(xia)應力(li)(li)腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan),這(zhe)些(xie)公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是(shi)否適合,還需要(yao)進一步的(de)(de)研究。
4. 隨(sui)機特性
參數(shu)的不(bu)確定性(xing)引(yin)起對應力(li)腐(fu)蝕裂紋的萌(meng)生、裂紋尺(chi)寸以及應力(li)腐(fu)蝕失(shi)效分(fen)析結果的隨(sui)機性(xing)。斷裂韌度(du)、屈服強度(du)、缺陷(xian)增長率(lv)、初(chu)始缺陷(xian)形狀和尺(chi)寸分(fen)布以及載(zai)荷(he)是應力(li)腐(fu)蝕隨(sui)機性(xing)分(fen)析所(suo)涉及的主要隨(sui)機變量。
目前(qian),有(you)關應力腐(fu)蝕裂紋萌生、擴(kuo)展隨機(ji)性(xing)的(de)(de)研究較少(shao)。Turnbull通(tong)過分(fen)(fen)(fen)析實(shi)驗數據,給(gei)出(chu)了點蝕轉化(hua)為應力腐(fu)蝕裂紋可(ke)能性(xing)的(de)(de)三參數 Weibull分(fen)(fen)(fen)布(bu)函數。1996年,Scarf對焊縫處裂紋萌生和擴(kuo)展的(de)(de)隨機(ji)性(xing)進行(xing)了研究,他認為裂紋萌生服從齊次泊(bo)松過程(cheng)(cheng),裂紋生長滿(man)足Weibull分(fen)(fen)(fen)布(bu),他所建立的(de)(de)概率模(mo)型屬(shu)于(yu)經(jing)驗公式,沒有(you)考(kao)慮裂紋產生的(de)(de)物理過程(cheng)(cheng)。
應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕失(shi)效的(de)隨機性與失(shi)效形(xing)式有(you)關,不(bu)(bu)同的(de)場合(he),應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕失(shi)效有(you)不(bu)(bu)同的(de)形(xing)式和準(zhun)則(ze)(ze)。黃洪鐘和馮蘊雯等認為(wei),當應(ying)(ying)力(li)(li)強(qiang)度(du)因(yin)子KI大于(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕臨(lin)界(jie)應(ying)(ying)力(li)(li)強(qiang)度(du)因(yin)子Kiscc 時(shi)(shi)構件就發(fa)生應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕失(shi)效。應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕失(shi)效更普遍ISCC的(de)形(xing)式是泄(xie)漏失(shi)效和斷裂(lie)失(shi)效。當裂(lie)紋穿透(tou)壁厚(hou)時(shi)(shi)長度(du)方向(xiang)尺寸小(xiao)于(yu)裂(lie)紋失(shi)穩(wen)擴展的(de)臨(lin)界(jie)長度(du),此時(shi)(shi)只(zhi)引起(qi)設備(bei)的(de)泄(xie)漏,不(bu)(bu)會產(chan)生爆破(po),這種現象也稱(cheng)為(wei)“未爆先漏(leak before burst,LBB)”[105].從1963年Irwin率先提出(chu)未爆先漏的(de)概念。至(zhi)今,已形(xing)成了不(bu)(bu)同形(xing)式的(de)LBB安(an)全(quan)(quan)評(ping)(ping)定準(zhun)則(ze)(ze)。其(qi)中(zhong),1990年,Sharp-les等提出(chu)的(de)含缺陷結構安(an)全(quan)(quan)評(ping)(ping)定的(de)LBB評(ping)(ping)定圖(tu)技術是應(ying)(ying)用(yong)較方便(bian)的(de)、較能適(shi)合(he)工程安(an)全(quan)(quan)評(ping)(ping)定的(de)LBB準(zhun)則(ze)(ze),但是目前該評(ping)(ping)定圖(tu)還只(zhi)是一種靜態評(ping)(ping)定。
當(dang)裂(lie)紋(wen)(wen)長度(du)達到一定值時(shi),裂(lie)紋(wen)(wen)便失(shi)穩擴展(zhan),導致(zhi)設備應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)失(shi)效(xiao)。目前,采(cai)用(yong)斷(duan)裂(lie)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)理論(lun)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)失(shi)效(xiao)問題已經很成(cheng)熟,同時(shi)概(gai)率(lv)斷(duan)裂(lie)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)可以(yi)很好地解決應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)失(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)隨(sui)(sui)機性。應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)失(shi)效(xiao)概(gai)率(lv)計算(suan)中,主要的(de)(de)(de)隨(sui)(sui)機變(bian)(bian)量(liang)(liang)是(shi)材料的(de)(de)(de)斷(duan)裂(lie)韌(ren)度(du)。1999年(nian),張鈺等把應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)強(qiang)度(du)因(yin)子K1和(he)斷(duan)裂(lie)韌(ren)度(du)KIC作為(wei)隨(sui)(sui)機變(bian)(bian)量(liang)(liang),利用(yong)兩端截尾分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)理論(lun)及應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)-強(qiang)度(du)干(gan)涉模型建立了(le)斷(duan)裂(lie)韌(ren)度(du)的(de)(de)(de)概(gai)率(lv)設計方法(fa)。材料斷(duan)裂(lie)韌(ren)度(du)是(shi)材料固有的(de)(de)(de)特性值,由于(yu)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)散性較大,一般被認為(wei)是(shi)服從Weibull分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)或正(zheng)態分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)的(de)(de)(de)隨(sui)(sui)機變(bian)(bian)量(liang)(liang)。應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)強(qiang)度(du)因(yin)子的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)函數與材料屈服強(qiang)度(du)、裂(lie)紋(wen)(wen)形狀和(he)尺(chi)寸、應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)等變(bian)(bian)量(liang)(liang)的(de)(de)(de)隨(sui)(sui)機性有關。2000年(nian),劉(liu)敏等通過分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析實驗數據,給出了(le)小樣本下焊縫(feng)金屬(shu)斷(duan)裂(lie)韌(ren)度(du)JIC概(gai)率(lv)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)函數的(de)(de)(de)確(que)定方法(fa),得出SUS316L不銹鋼(gang)焊縫(feng)金屬(shu)斷(duan)裂(lie)韌(ren)度(du)的(de)(de)(de)最(zui)優(you)概(gai)率(lv)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)函數為(wei)Weibull分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu)。2010年(nian),Onizawa等考慮焊接殘余應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)布(bu),采(cai)用(yong)概(gai)率(lv)斷(duan)裂(lie)力(li)(li)(li)學(xue)(xue)分(fen)(fen)(fen)(fen)(fen)析方法(fa)估算(suan)了(le)奧氏(shi)體不銹鋼(gang)管(guan)道(dao)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)失(shi)效(xiao)概(gai)率(lv)。
2001年(nian),薛紅軍等采用概率有限元方法,計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)了(le)由載(zai)荷隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)、材(cai)料(liao)特(te)性(xing)隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)和(he)裂(lie)(lie)紋幾(ji)何形(xing)狀(zhuang)隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)所(suo)引起(qi)的(de)應力強(qiang)度因子(zi)(zi)隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)的(de)統計(ji)(ji)量,并利用一(yi)階可(ke)靠性(xing)理論確定(ding)結構脆性(xing)斷(duan)裂(lie)(lie)的(de)失(shi)效(xiao)概率。2009年(nian),Tohgo等采用蒙(meng)特(te)卡羅(luo)法模擬了(le)敏化304不銹鋼光滑(hua)表面應力腐蝕過程,微(wei)裂(lie)(lie)紋的(de)萌生(sheng)率由指數(shu)(shu)分布的(de)隨(sui)機(ji)(ji)數(shu)(shu)產生(sheng),裂(lie)(lie)紋萌生(sheng)位置和(he)裂(lie)(lie)紋尺寸分別由均勻隨(sui)機(ji)(ji)數(shu)(shu)和(he)正(zheng)態隨(sui)機(ji)(ji)數(shu)(shu)生(sheng)成(cheng)。祖新星(xing)等利用Clark公(gong)式計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)了(le)裂(lie)(lie)紋擴展速率,采用蒙(meng)特(te)卡羅(luo)方法在抽樣(yang)及單次時長計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)基礎上,對一(yi)定(ding)年(nian)限內轉子(zi)(zi)應力腐蝕失(shi)效(xiao)的(de)概率進行(xing)了(le)預測,并計(ji)(ji)算(suan)(suan)(suan)了(le)應力腐蝕產生(sheng)飛射物的(de)概率。
5. 模糊特性
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(bu)銹鋼管道(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。

