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(li)
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)響因素
奧氏體(ti)不銹鋼最常見的(de)(de)應力腐(fu)蝕開裂發生在(zai)含氯離子(zi)的(de)(de)環(huan)境(jing)中。除了材料和受力狀(zhuang)態之外(wai),介(jie)質環(huan)境(jing)、構(gou)件幾何結(jie)構(gou)以(yi)及流(liu)場等是(shi)影響(xiang)應力腐(fu)蝕的(de)(de)主要因素。
①. 氯(lv)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
溫度(du)(du)是(shi)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)的另一個重要參數,一定溫度(du)(du)范圍內,溫度(du)(du)越高,應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)越容(rong)易。一般認為奧氏(shi)體不(bu)銹(xiu)鋼(gang),在(zai)(zai)室(shi)溫下(xia)較少有發(fa)生氯化物開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)的危險。關矞心等。對高溫水中不(bu)銹(xiu)鋼(gang)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)研究發(fa)現,250℃是(shi)316L不(bu)銹(xiu)鋼(gang)發(fa)生應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)的敏感溫度(du)(du)。從經驗上看,大約在(zai)(zai)60~70℃,長時(shi)間暴(bao)露在(zai)(zai)腐(fu)蝕(shi)(shi)環(huan)境中的材料易發(fa)生氯化物開(kai)(kai)(kai)裂(lie)(lie)。對于(yu)穿(chuan)晶型應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)來說(shuo),溫度(du)(du)較高時(shi),即使C1-濃度(du)(du)很低,也會發(fa)生應(ying)力腐(fu)蝕(shi)(shi)。
③. pH值(zhi)
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(liang)
在中(zhong)性環境(jing)中(zhong)有溶(rong)解氧(yang)或有其他氧(yang)化劑的(de)存在是(shi)引起應力腐(fu)(fu)蝕破(po)(po)裂的(de)必要條件。溶(rong)液中(zhong)溶(rong)解氧(yang)增加,應力腐(fu)(fu)蝕破(po)(po)裂就越容易。在完全(quan)缺氧(yang)的(de)情況下,奧氏體不銹鋼將不會發(fa)生氯化物腐(fu)(fu)蝕斷裂。氧(yang)之所以促進應力腐(fu)(fu)蝕的(de)發(fa)生尖端裂紋更易形(xing)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
不銹鋼應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)一般由(you)拉應(ying)(ying)力(li)引起,包(bao)括工(gong)作(zuo)應(ying)(ying)力(li)、殘(can)余應(ying)(ying)力(li)、溫差應(ying)(ying)力(li),甚至是腐(fu)蝕(shi)產物引起的(de)拉應(ying)(ying)力(li),而由(you)殘(can)余應(ying)(ying)力(li)造(zao)成(cheng)(cheng)的(de)腐(fu)蝕(shi)斷裂事故占總應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)破(po)(po)裂事故總和的(de)80%以上。殘(can)余應(ying)(ying)力(li)主(zhu)要來源于加工(gong)過程中(zhong)由(you)于焊接或其(qi)他加熱、冷卻工(gong)藝而引起的(de)內應(ying)(ying)力(li)。力(li)的(de)主(zhu)要作(zuo)用是破(po)(po)壞鈍化(hua)膜(mo)、加速氯(lv)離(li)子(zi)的(de)吸附、改變(bian)表面膜(mo)成(cheng)(cheng)分和結構、加速陽(yang)極溶解等。
也(ye)有研究者認為(wei)壓應(ying)(ying)力(li)也(ye)可以引起應(ying)(ying)力(li)腐蝕。隨著(zhu)對應(ying)(ying)力(li)腐蝕研究的深入,人們發現應(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)才是(shi)真正控制應(ying)(ying)力(li)腐蝕裂紋產生和(he)擴(kuo)展(zhan)的參數,應(ying)(ying)力(li)的作(zuo)用(yong)在于(yu)促進應(ying)(ying)變(bian)(bian)。對于(yu)每種材料-介質體系,都存在一個臨界應(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)值。在一定應(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)內,單位面積內萌生的裂紋數及裂紋擴(kuo)展(zhan)平(ping)均速率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)隨應(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)(lv)(lv)(lv)的增(zeng)(zeng)大而(er)增(zeng)(zeng)大。
⑦. 材料因素
研究表明,細(xi)晶可(ke)以使裂(lie)(lie)紋傳(chuan)播(bo)困難,提(ti)高(gao)抗應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂(lie)(lie)的(de)(de)能(neng)(neng)力(li)(li)。奧氏體不銹鋼(gang)中少(shao)量的(de)(de)δ鐵素(su)體可(ke)以提(ti)高(gao)抗應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)能(neng)(neng)力(li)(li),但過多的(de)(de)鐵素(su)體會引起選擇(ze)性腐(fu)蝕(shi)。不銹鋼(gang)中的(de)(de)雜(za)質(zhi)(zhi)對應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)影響也很大,雜(za)質(zhi)(zhi)的(de)(de)微量變化可(ke)能(neng)(neng)會引起裂(lie)(lie)紋的(de)(de)萌生。如,S可(ke)以增(zeng)加(jia)氯(lv)脆的(de)(de)敏感性,MnS可(ke)以優先被溶解形成點蝕(shi),而(er)氯(lv)離子擠(ji)入孔核促進點蝕(shi)擴展,造(zao)成應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)加(jia)速。
⑧. 結(jie)構與流場(chang)
應力(li)(li)腐蝕作為一(yi)種局(ju)部腐蝕,常(chang)常(chang)受設備的(de)(de)幾何形(xing)狀(zhuang)以及流(liu)(liu)(liu)體的(de)(de)流(liu)(liu)(liu)速(su)、流(liu)(liu)(liu)型等影響(xiang)。例如,在(zai)廢(fei)熱(re)(re)鍋爐中,換(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板之間存在(zai)微量的(de)(de)縫隙,縫隙中換(huan)熱(re)(re)管(guan)(guan)外(wai)壁常(chang)會發生應力(li)(li)腐蝕。Chen等根據廢(fei)熱(re)(re)鍋爐實際(ji)運(yun)行情況(kuang),通(tong)過(guo)模(mo)擬發現(xian)氯(lv)(lv)離(li)子沉積位(wei)置受到管(guan)(guan)路中湍(tuan)流(liu)(liu)(liu)量和流(liu)(liu)(liu)動狀(zhuang)態的(de)(de)影響(xiang),在(zai)彎曲部位(wei)沉積嚴重(zhong);對于變徑管(guan)(guan)模(mo)型,氯(lv)(lv)離(li)子沉積主要集中在(zai)突(tu)擴處壁面。
3. 裂紋萌生和擴(kuo)展(zhan)
對于(yu)應(ying)力腐蝕(shi)(shi)(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)萌(meng)(meng)生位(wei)置(zhi),研(yan)究(jiu)人員普(pu)遍(bian)認(ren)為(wei),一般情況下,裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)從金屬表(biao)面的(de)點蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)(keng)(keng)處(chu)形(xing)核并擴展(zhan)(zhan)。1989年,Kondo最早(zao)提(ti)出(chu)預測點蝕(shi)(shi)(shi)向腐蝕(shi)(shi)(shi)疲(pi)勞裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)轉化的(de)實質(zhi)性方(fang)法(fa),他(ta)把(ba)(ba)點蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)(keng)(keng)假設為(wei)與其(qi)長(chang)、深(shen)尺寸相同的(de)二維(wei)半橢圓形(xing)表(biao)面裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen),認(ren)為(wei)點蝕(shi)(shi)(shi)向裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴展(zhan)(zhan)必須滿足兩個條件:點蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)大于(yu)門檻值(zhi);裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)生長(chang)速率(lv)大于(yu)點蝕(shi)(shi)(shi)生長(chang)速率(lv)。在(zai)后來的(de)疲(pi)勞裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)產生研(yan)究(jiu)中,該方(fang)法(fa)得到了廣(guang)泛應(ying)用,并得到了進一步(bu)完善。然而,把(ba)(ba)微(wei)小尺寸的(de)點蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)(keng)(keng)等效為(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen),此時裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)應(ying)力強度(du)因子可能會大于(yu)微(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)擴展(zhan)(zhan)門檻值(zhi)。為(wei)避免(mian)以上問題(ti),文獻。進一步(bu)研(yan)究(jiu)了應(ying)力強度(du)因子準(zhun)(zhun)則(ze),并對其(qi)進行了改進。借鑒(jian)Kondo準(zhun)(zhun)則(ze),2006年,Turnbull等建立了點蝕(shi)(shi)(shi)轉化為(wei)應(ying)力腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)準(zhun)(zhun)則(ze),并根據(ju)點蝕(shi)(shi)(shi)生長(chang)率(lv)公式推導出(chu)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生時點蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)(keng)(keng)臨界深(shen)度(du)。
受(shou)觀(guan)(guan)測技術(shu)(shu)的(de)(de)影響,在裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)(sheng)研究的(de)(de)早期(qi),人們認為(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)點蝕(shi)坑(keng)底(di)(di)部(bu)(bu),并且點蝕(shi)坑(keng)要超過一(yi)定(ding)深度(du)(du)(du)(du)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)才萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)(sheng)。然而,隨(sui)著觀(guan)(guan)測技術(shu)(shu)的(de)(de)發(fa)展(zhan),研究人員發(fa)現,實際的(de)(de)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)(sheng)情(qing)況并不(bu)像(xiang)以前推(tui)測的(de)(de)那樣。從(cong)(cong)21世紀初期(qi)開(kai)始,研究人員借助成像(xiang)技術(shu)(shu)加(jia)大了對裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)(sheng)過程(cheng)的(de)(de)觀(guan)(guan)察(cha)。Turnbull和(he) Horner等通過X射(she)線計算機(ji)斷層成像(xiang)技術(shu)(shu)觀(guan)(guan)察(cha)到(dao):裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)主要萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)點蝕(shi)坑(keng)開(kai)口(kou)部(bu)(bu)位或者附近(jin)。他們對于(yu)所觀(guan)(guan)察(cha)到(dao)的(de)(de)這一(yi)現象,無法從(cong)(cong)電(dian)化學(xue)角度(du)(du)(du)(du)來解釋,因此試圖從(cong)(cong)力學(xue)角度(du)(du)(du)(du)出發(fa)尋(xun)求解答。于(yu)是(shi),Turnbull等采用有限(xian)元模擬了圓柱形試樣表面正在生(sheng)(sheng)長的(de)(de)半球形點蝕(shi)坑(keng)受(shou)拉伸應(ying)(ying)力時應(ying)(ying)力和(he)應(ying)(ying)變(bian)的(de)(de)分布情(qing)況,結果(guo)表明:塑性(xing)應(ying)(ying)變(bian)出現在坑(keng)口(kou)下面的(de)(de)壁面,而不(bu)是(shi)坑(keng)底(di)(di)。隨(sui)著外加(jia)應(ying)(ying)力的(de)(de)降低(di),裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)發(fa)生(sheng)(sheng)在坑(keng)口(kou)的(de)(de)比例增加(jia),當外加(jia)應(ying)(ying)力為(wei)50%屈服強度(du)(du)(du)(du)時,沒有裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)起源于(yu)坑(keng)底(di)(di);
因此,Turnbull等認(ren)為(wei),在(zai)外(wai)載荷(he)下點蝕生(sheng)長引(yin)起的動態塑性應(ying)(ying)變(bian)可能(neng)是(shi)引(yin)起裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的主要(yao)原因,同時(shi),他們(men)也認(ren)為(wei)不能(neng)忽略環(huan)境的作用。另外(wai),Acuna等發(fa)現裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)主要(yao)受合應(ying)(ying)力(li)(li)的方向和(he)(he)點蝕坑深徑(jing)比的影(ying)響。Zhu等通過對材料施加超低彈性應(ying)(ying)力(li)(li)(20MPa),發(fa)現裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)優先在(zai)肩部形(xing)(xing)核而不是(shi)在(zai)坑底(di),因此處應(ying)(ying)力(li)(li)和(he)(he)應(ying)(ying)變(bian)較大。Turnbull的研究把淺坑等效為(wei)半(ban)球形(xing)(xing)、深坑等效為(wei)子彈形(xing)(xing),這(zhe)與實(shi)際的點蝕形(xing)(xing)貌有一定的距(ju)。但(dan)是(shi),他們(men)對傳統的裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)模(mo)型(xing)提出(chu)了(le)質疑,這(zhe)給了(le)我們(men)很大的啟示。由(you)于裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)的復雜性,最(zui)終沒有給出(chu)明確的裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)新模(mo)型(xing)。
目前(qian),最(zui)具代(dai)表性應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)速(su)率(lv)定量預測(ce)理論公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)是(shi)(shi) Ford-Andre-sen公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)和(he)FRI公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(也稱(cheng)為Shoji公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi))。但(dan)是(shi)(shi)由于(yu)這兩個(ge)(ge)公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)中一些參數不易確(que)定,很難(nan)應(ying)用到實(shi)際工程中。工程中應(ying)用比較(jiao)廣(guang)泛的(de)(de)(de)應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)速(su)率(lv)經驗公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)是(shi)(shi)Clark公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)和(he)Paris公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)。Clark公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)確(que)定了(le)材料的(de)(de)(de)屈服(fu)強度和(he)環境(jing)溫(wen)度兩個(ge)(ge)參數對裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)速(su)率(lv)的(de)(de)(de)影(ying)響;Paris公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)建立了(le)應(ying)力(li)強度因(yin)子和(he)裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)速(su)率(lv)之間的(de)(de)(de)關系(xi)。以上公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)考慮(lv)的(de)(de)(de)都是(shi)(shi)高溫(wen)水環境(jing),對于(yu)氯離子環境(jing)下應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)擴展(zhan),這些公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)是(shi)(shi)否(fou)適(shi)合,還需(xu)要進一步的(de)(de)(de)研究。
4. 隨(sui)機(ji)特性
參數的不確定性引起對應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋的萌生、裂(lie)(lie)紋尺寸以及應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)失效分析(xi)結果的隨機(ji)性。斷(duan)裂(lie)(lie)韌度、屈服(fu)強度、缺陷(xian)增長(chang)率、初始缺陷(xian)形狀和尺寸分布(bu)以及載荷(he)是應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)隨機(ji)性分析(xi)所涉(she)及的主要隨機(ji)變量。
目前,有關應力腐(fu)蝕(shi)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌生、擴(kuo)展隨機(ji)性(xing)的(de)研(yan)究較(jiao)少。Turnbull通過(guo)分(fen)析實驗數(shu)(shu)據,給出了點蝕(shi)轉化(hua)為應力腐(fu)蝕(shi)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)可能(neng)性(xing)的(de)三(san)參數(shu)(shu) Weibull分(fen)布函數(shu)(shu)。1996年,Scarf對(dui)焊(han)縫(feng)處裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌生和擴(kuo)展的(de)隨機(ji)性(xing)進行了研(yan)究,他認為裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌生服從齊次泊(bo)松(song)過(guo)程(cheng),裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)生長滿(man)足Weibull分(fen)布,他所建立的(de)概率模型屬于經驗公式,沒(mei)有考慮(lv)裂(lie)紋(wen)(wen)(wen)產生的(de)物理過(guo)程(cheng)。
應力(li)腐(fu)蝕(shi)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)隨機性與失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)形式(shi)有關,不同(tong)的(de)(de)(de)場合,應力(li)腐(fu)蝕(shi)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)有不同(tong)的(de)(de)(de)形式(shi)和準則。黃(huang)洪鐘和馮(feng)蘊雯等認為,當應力(li)強度(du)因(yin)(yin)子KI大于應力(li)腐(fu)蝕(shi)臨界(jie)(jie)應力(li)強度(du)因(yin)(yin)子Kiscc 時(shi)(shi)構件(jian)就發生應力(li)腐(fu)蝕(shi)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)。應力(li)腐(fu)蝕(shi)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)更普遍(bian)ISCC的(de)(de)(de)形式(shi)是(shi)泄漏(lou)(lou)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)和斷裂失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)。當裂紋穿透壁厚時(shi)(shi)長度(du)方向尺(chi)寸(cun)小于裂紋失(shi)(shi)穩(wen)擴展(zhan)的(de)(de)(de)臨界(jie)(jie)長度(du),此時(shi)(shi)只引(yin)起設備的(de)(de)(de)泄漏(lou)(lou),不會產(chan)生爆破,這種現象(xiang)也稱為“未(wei)爆先漏(lou)(lou)(leak before burst,LBB)”[105].從1963年(nian)Irwin率先提出未(wei)爆先漏(lou)(lou)的(de)(de)(de)概念。至今,已形成了不同(tong)形式(shi)的(de)(de)(de)LBB安全評(ping)(ping)定(ding)(ding)準則。其中,1990年(nian),Sharp-les等提出的(de)(de)(de)含缺陷(xian)結(jie)構安全評(ping)(ping)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)LBB評(ping)(ping)定(ding)(ding)圖技術(shu)是(shi)應用(yong)較方便的(de)(de)(de)、較能(neng)適合工程(cheng)安全評(ping)(ping)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)LBB準則,但(dan)是(shi)目前(qian)該評(ping)(ping)定(ding)(ding)圖還只是(shi)一種靜態評(ping)(ping)定(ding)(ding)。
當裂(lie)(lie)紋(wen)長度(du)(du)(du)(du)達(da)到一(yi)(yi)定值時(shi),裂(lie)(lie)紋(wen)便失(shi)穩(wen)擴(kuo)展(zhan),導致設(she)備應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)。目前,采用(yong)斷(duan)裂(lie)(lie)力(li)學理(li)論分(fen)(fen)(fen)析應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)問題已經很成熟,同時(shi)概(gai)率(lv)(lv)斷(duan)裂(lie)(lie)力(li)學可(ke)以很好地解(jie)決應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)的(de)隨機性(xing)。應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)概(gai)率(lv)(lv)計算中,主要的(de)隨機變量是材(cai)(cai)料的(de)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)(du)。1999年(nian),張鈺等(deng)把應(ying)(ying)力(li)強度(du)(du)(du)(du)因子K1和斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)(du)KIC作為隨機變量,利用(yong)兩端截尾分(fen)(fen)(fen)布(bu)理(li)論及應(ying)(ying)力(li)-強度(du)(du)(du)(du)干(gan)涉(she)模型建立了(le)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)(du)的(de)概(gai)率(lv)(lv)設(she)計方(fang)法。材(cai)(cai)料斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)(du)是材(cai)(cai)料固有的(de)特(te)性(xing)值,由于分(fen)(fen)(fen)散(san)性(xing)較(jiao)大,一(yi)(yi)般被認為是服從(cong)Weibull分(fen)(fen)(fen)布(bu)或(huo)正(zheng)態分(fen)(fen)(fen)布(bu)的(de)隨機變量。應(ying)(ying)力(li)強度(du)(du)(du)(du)因子的(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)函數(shu)與(yu)材(cai)(cai)料屈服強度(du)(du)(du)(du)、裂(lie)(lie)紋(wen)形狀和尺寸、應(ying)(ying)力(li)等(deng)變量的(de)隨機性(xing)有關。2000年(nian),劉敏等(deng)通過分(fen)(fen)(fen)析實驗(yan)數(shu)據,給出了(le)小(xiao)樣本下焊縫(feng)金屬斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)(du)JIC概(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)(fen)布(bu)函數(shu)的(de)確定方(fang)法,得(de)出SUS316L不(bu)銹鋼(gang)焊縫(feng)金屬斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)(du)的(de)最優概(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)(fen)布(bu)函數(shu)為Weibull分(fen)(fen)(fen)布(bu)。2010年(nian),Onizawa等(deng)考慮(lv)焊接殘余應(ying)(ying)力(li)的(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu),采用(yong)概(gai)率(lv)(lv)斷(duan)裂(lie)(lie)力(li)學分(fen)(fen)(fen)析方(fang)法估算了(le)奧氏體(ti)不(bu)銹鋼(gang)管(guan)道(dao)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)失(shi)效(xiao)概(gai)率(lv)(lv)。
2001年,薛紅軍等采(cai)用概率有限元方法(fa)(fa),計(ji)算(suan)了由載荷隨機(ji)性(xing)(xing)、材料特性(xing)(xing)隨機(ji)性(xing)(xing)和裂紋(wen)幾何形狀隨機(ji)性(xing)(xing)所(suo)引起的(de)應(ying)力(li)(li)強度因子隨機(ji)性(xing)(xing)的(de)統計(ji)量,并(bing)利(li)用一(yi)階(jie)可靠(kao)性(xing)(xing)理論確(que)定結構脆(cui)性(xing)(xing)斷裂的(de)失效概率。2009年,Tohgo等采(cai)用蒙特卡羅法(fa)(fa)模擬(ni)了敏化304不銹(xiu)鋼光滑(hua)表面(mian)應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)過程(cheng),微裂紋(wen)的(de)萌生(sheng)率由指數(shu)分布的(de)隨機(ji)數(shu)產(chan)生(sheng),裂紋(wen)萌生(sheng)位置和裂紋(wen)尺寸分別由均勻隨機(ji)數(shu)和正態隨機(ji)數(shu)生(sheng)成。祖新星(xing)等利(li)用Clark公式計(ji)算(suan)了裂紋(wen)擴展(zhan)速率,采(cai)用蒙特卡羅方法(fa)(fa)在抽樣(yang)及單(dan)次(ci)時長計(ji)算(suan)基礎上,對一(yi)定年限內轉(zhuan)子應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)失效的(de)概率進行了預測,并(bing)計(ji)算(suan)了應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)產(chan)生(sheng)飛射(she)物(wu)的(de)概率。
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。

