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
奧氏體不(bu)銹鋼(gang)最常見(jian)的(de)(de)應(ying)力腐蝕開裂發生在含氯(lv)離子的(de)(de)環境中。除了材料和受力狀(zhuang)態之(zhi)外,介質環境、構件(jian)幾何(he)結構以(yi)及流場等是影響(xiang)應(ying)力腐蝕的(de)(de)主要因素。
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(xiu)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(wen)度
溫(wen)(wen)(wen)(wen)度是不銹(xiu)鋼(gang)(gang)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)(kai)裂的另一(yi)個(ge)重要(yao)參數,一(yi)定溫(wen)(wen)(wen)(wen)度范圍內,溫(wen)(wen)(wen)(wen)度越(yue)高,應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)(kai)裂越(yue)容易。一(yi)般認為奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)(gang),在(zai)室溫(wen)(wen)(wen)(wen)下較(jiao)少有發生(sheng)(sheng)(sheng)氯(lv)(lv)化物開(kai)(kai)裂的危險。關矞心(xin)等。對(dui)(dui)高溫(wen)(wen)(wen)(wen)水中(zhong)不銹(xiu)鋼(gang)(gang)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)研究發現,250℃是316L不銹(xiu)鋼(gang)(gang)發生(sheng)(sheng)(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)(kai)裂的敏(min)感溫(wen)(wen)(wen)(wen)度。從經驗上看,大約(yue)在(zai)60~70℃,長時(shi)(shi)間(jian)暴露在(zai)腐(fu)蝕(shi)環境(jing)中(zhong)的材料易發生(sheng)(sheng)(sheng)氯(lv)(lv)化物開(kai)(kai)裂。對(dui)(dui)于穿晶(jing)型應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)來說,溫(wen)(wen)(wen)(wen)度較(jiao)高時(shi)(shi),即使C1-濃度很低,也會發生(sheng)(sheng)(sheng)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(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(han)氧量
在中性環境中有溶解氧(yang)(yang)或有其他(ta)氧(yang)(yang)化(hua)劑的存在是引起應力腐(fu)(fu)蝕破裂的必要條件(jian)。溶液(ye)中溶解氧(yang)(yang)增加,應力腐(fu)(fu)蝕破裂就越容易。在完全缺氧(yang)(yang)的情況下,奧(ao)氏體(ti)不(bu)銹鋼將(jiang)不(bu)會發生(sheng)氯化(hua)物腐(fu)(fu)蝕斷(duan)裂。氧(yang)(yang)之所以促進應力腐(fu)(fu)蝕的發生(sheng)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(bu)銹鋼應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)一般(ban)由拉應(ying)力(li)(li)(li)引(yin)(yin)起(qi),包括工作應(ying)力(li)(li)(li)、殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)、溫(wen)差應(ying)力(li)(li)(li),甚至(zhi)是(shi)腐(fu)蝕(shi)(shi)產物(wu)引(yin)(yin)起(qi)的(de)拉應(ying)力(li)(li)(li),而由殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)造(zao)成的(de)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷裂(lie)事(shi)(shi)故(gu)占(zhan)總應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)破裂(lie)事(shi)(shi)故(gu)總和的(de)80%以上。殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)主要來(lai)源于加(jia)工過(guo)程(cheng)中由于焊接或其他加(jia)熱、冷卻(que)工藝而引(yin)(yin)起(qi)的(de)內應(ying)力(li)(li)(li)。力(li)(li)(li)的(de)主要作用是(shi)破壞鈍化膜、加(jia)速氯離子的(de)吸附(fu)、改變(bian)表(biao)面膜成分和結構、加(jia)速陽極溶解(jie)等。
也有研(yan)究者認為壓應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)也可以引起(qi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)。隨著對應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)研(yan)究的深入(ru),人們發現應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率才是真正控(kong)制(zhi)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)裂紋(wen)產生(sheng)和擴(kuo)展(zhan)的參數(shu),應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)的作用在于促進應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變。對于每種材(cai)料-介質體系,都存在一個(ge)臨(lin)界(jie)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率值(zhi)。在一定應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率內,單(dan)位面積內萌生(sheng)的裂紋(wen)數(shu)及裂紋(wen)擴(kuo)展(zhan)平均速率隨應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)變速率的增(zeng)(zeng)大(da)而(er)增(zeng)(zeng)大(da)。
⑦. 材料(liao)因素
研究表明,細(xi)晶可以(yi)使裂紋傳(chuan)播困難(nan),提高(gao)抗應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕斷裂的(de)(de)能力(li)(li)(li)。奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)中少量的(de)(de)δ鐵(tie)素(su)(su)體可以(yi)提高(gao)抗應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕能力(li)(li)(li),但(dan)過多的(de)(de)鐵(tie)素(su)(su)體會(hui)(hui)引起選擇性腐(fu)蝕。不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)(de)雜(za)質(zhi)對應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕影響也很大,雜(za)質(zhi)的(de)(de)微量變(bian)化可能會(hui)(hui)引起裂紋的(de)(de)萌生。如,S可以(yi)增加氯(lv)脆的(de)(de)敏感性,MnS可以(yi)優(you)先被溶(rong)解形(xing)成點蝕,而氯(lv)離子(zi)擠(ji)入孔(kong)核促進點蝕擴展(zhan),造成應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕加速。
⑧. 結構與(yu)流場
應力腐蝕作(zuo)為一種局部(bu)腐蝕,常常受設備的幾何形狀以(yi)及(ji)流(liu)體的流(liu)速、流(liu)型等(deng)影(ying)(ying)響。例(li)如(ru),在廢熱(re)(re)鍋(guo)爐中,換熱(re)(re)管(guan)和管(guan)板(ban)之間存在微量的縫隙(xi),縫隙(xi)中換熱(re)(re)管(guan)外壁(bi)常會發(fa)生應力腐蝕。Chen等(deng)根據(ju)廢熱(re)(re)鍋(guo)爐實際運行(xing)情況,通過模擬發(fa)現氯離子沉(chen)積位(wei)置受到(dao)管(guan)路中湍流(liu)量和流(liu)動狀態(tai)的影(ying)(ying)響,在彎曲部(bu)位(wei)沉(chen)積嚴重;對于變徑管(guan)模型,氯離子沉(chen)積主要集中在突擴處壁(bi)面(mian)。
3. 裂紋萌(meng)生和擴(kuo)展
對于應力(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)萌生(sheng)位置,研究(jiu)人員普遍認(ren)為(wei),一(yi)(yi)般情(qing)況(kuang)下,裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)從金屬表面(mian)的(de)(de)點(dian)蝕(shi)坑(keng)處(chu)形核并擴(kuo)展(zhan)(zhan)。1989年,Kondo最早(zao)提(ti)出預(yu)測點(dian)蝕(shi)向腐(fu)蝕(shi)疲勞裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)轉化的(de)(de)實質(zhi)性方法,他把點(dian)蝕(shi)坑(keng)假(jia)設為(wei)與(yu)其(qi)長(chang)、深(shen)尺寸相同的(de)(de)二維(wei)半橢圓形表面(mian)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen),認(ren)為(wei)點(dian)蝕(shi)向裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)(zhan)必須滿足兩個條(tiao)件:點(dian)蝕(shi)深(shen)度(du)大(da)(da)(da)于門檻值(zhi);裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)生(sheng)長(chang)速率(lv)大(da)(da)(da)于點(dian)蝕(shi)生(sheng)長(chang)速率(lv)。在后來的(de)(de)疲勞裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)產(chan)生(sheng)研究(jiu)中,該方法得到了(le)(le)廣泛應用(yong),并得到了(le)(le)進一(yi)(yi)步(bu)完善。然而(er),把微小尺寸的(de)(de)點(dian)蝕(shi)坑(keng)等(deng)效為(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen),此時(shi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)應力(li)強(qiang)度(du)因子可能(neng)會(hui)大(da)(da)(da)于微裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)擴(kuo)展(zhan)(zhan)門檻值(zhi)。為(wei)避免以(yi)上問題(ti),文獻。進一(yi)(yi)步(bu)研究(jiu)了(le)(le)應力(li)強(qiang)度(du)因子準(zhun)則(ze),并對其(qi)進行了(le)(le)改進。借鑒Kondo準(zhun)則(ze),2006年,Turnbull等(deng)建立(li)了(le)(le)點(dian)蝕(shi)轉化為(wei)應力(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)(de)準(zhun)則(ze),并根據點(dian)蝕(shi)生(sheng)長(chang)率(lv)公式推導出裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)時(shi)點(dian)蝕(shi)坑(keng)臨(lin)界深(shen)度(du)。
受觀(guan)測(ce)技術的(de)影響(xiang),在(zai)裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生研究(jiu)(jiu)的(de)早期(qi),人(ren)們認為裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生于(yu)(yu)(yu)點(dian)(dian)蝕(shi)坑(keng)(keng)底部,并且點(dian)(dian)蝕(shi)坑(keng)(keng)要(yao)超過(guo)一定深度(du)裂(lie)紋(wen)(wen)才萌(meng)生。然而,隨(sui)著觀(guan)測(ce)技術的(de)發(fa)展,研究(jiu)(jiu)人(ren)員發(fa)現(xian),實際的(de)裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生情況并不像以前推測(ce)的(de)那(nei)樣(yang)。從(cong)(cong)21世(shi)紀初(chu)期(qi)開(kai)始,研究(jiu)(jiu)人(ren)員借助成像技術加(jia)大了對裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生過(guo)程的(de)觀(guan)察。Turnbull和(he) Horner等通過(guo)X射線計算機斷層成像技術觀(guan)察到:裂(lie)紋(wen)(wen)主要(yao)萌(meng)生于(yu)(yu)(yu)點(dian)(dian)蝕(shi)坑(keng)(keng)開(kai)口部位(wei)或者附近。他們對于(yu)(yu)(yu)所觀(guan)察到的(de)這一現(xian)象,無法從(cong)(cong)電化學角(jiao)度(du)來解釋,因此(ci)試(shi)圖從(cong)(cong)力(li)(li)學角(jiao)度(du)出發(fa)尋求解答。于(yu)(yu)(yu)是,Turnbull等采用有(you)限(xian)元(yuan)模擬了圓(yuan)柱形(xing)試(shi)樣(yang)表面(mian)(mian)正在(zai)生長的(de)半球形(xing)點(dian)(dian)蝕(shi)坑(keng)(keng)受拉伸應力(li)(li)時應力(li)(li)和(he)應變(bian)的(de)分(fen)布情況,結(jie)果表明:塑性應變(bian)出現(xian)在(zai)坑(keng)(keng)口下面(mian)(mian)的(de)壁(bi)面(mian)(mian),而不是坑(keng)(keng)底。隨(sui)著外(wai)加(jia)應力(li)(li)的(de)降低,裂(lie)紋(wen)(wen)發(fa)生在(zai)坑(keng)(keng)口的(de)比(bi)例增加(jia),當外(wai)加(jia)應力(li)(li)為50%屈服(fu)強度(du)時,沒有(you)裂(lie)紋(wen)(wen)起源于(yu)(yu)(yu)坑(keng)(keng)底;
因此,Turnbull等認為(wei),在(zai)(zai)外載荷下點蝕(shi)生(sheng)長(chang)引起的(de)(de)(de)動態塑性(xing)應(ying)變可能(neng)(neng)是引起裂紋(wen)的(de)(de)(de)主(zhu)要原因,同時(shi),他們也認為(wei)不能(neng)(neng)忽略環境的(de)(de)(de)作(zuo)用。另外,Acuna等發現裂紋(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)主(zhu)要受合應(ying)力(li)的(de)(de)(de)方向和點蝕(shi)坑深徑比的(de)(de)(de)影響。Zhu等通過對(dui)材料施加超(chao)低彈(dan)性(xing)應(ying)力(li)(20MPa),發現裂紋(wen)優先在(zai)(zai)肩部形核(he)而不是在(zai)(zai)坑底,因此處應(ying)力(li)和應(ying)變較大(da)(da)。Turnbull的(de)(de)(de)研究把淺坑等效(xiao)為(wei)半球形、深坑等效(xiao)為(wei)子彈(dan)形,這與(yu)實(shi)際(ji)的(de)(de)(de)點蝕(shi)形貌有(you)一定的(de)(de)(de)距。但是,他們對(dui)傳統(tong)的(de)(de)(de)裂紋(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)模(mo)型(xing)提出了質疑(yi),這給了我(wo)們很大(da)(da)的(de)(de)(de)啟示。由于裂紋(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)的(de)(de)(de)復(fu)雜性(xing),最終沒有(you)給出明確的(de)(de)(de)裂紋(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)新模(mo)型(xing)。
目(mu)前,最具代(dai)表性應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)(kuo)展速(su)(su)率定量預測理論公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)是(shi) Ford-Andre-sen公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)和FRI公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(也稱為(wei)Shoji公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi))。但(dan)是(shi)由于這兩個公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)中(zhong)一(yi)些參數不易確定,很難應(ying)用到(dao)實際工(gong)程中(zhong)。工(gong)程中(zhong)應(ying)用比(bi)較廣泛的應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)(kuo)展速(su)(su)率經驗公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)是(shi)Clark公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)和Paris公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)。Clark公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)確定了材料的屈服強(qiang)度(du)(du)(du)和環境溫度(du)(du)(du)兩個參數對裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)(kuo)展速(su)(su)率的影響;Paris公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)建立了應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du)(du)因子和裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)(kuo)展速(su)(su)率之間的關系。以上公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)考(kao)慮的都是(shi)高溫水環境,對于氯離子環境下應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)(kuo)展,這些公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)是(shi)否適合(he),還需要進(jin)一(yi)步的研究。
4. 隨機特性
參數的不確定性(xing)引起(qi)對應力腐蝕(shi)裂(lie)紋(wen)的萌生、裂(lie)紋(wen)尺(chi)寸(cun)以及應力腐蝕(shi)失效分(fen)析(xi)結果的隨機性(xing)。斷(duan)裂(lie)韌度(du)、屈服強度(du)、缺陷增長率、初始缺陷形狀和尺(chi)寸(cun)分(fen)布以及載荷是應力腐蝕(shi)隨機性(xing)分(fen)析(xi)所涉及的主要(yao)隨機變量。
目前,有(you)關應(ying)力(li)腐蝕裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)、擴(kuo)展隨機(ji)性的研(yan)究較(jiao)少。Turnbull通(tong)過(guo)分(fen)析實(shi)驗數據,給出了點蝕轉化(hua)為應(ying)力(li)腐蝕裂(lie)紋(wen)(wen)可能性的三參(can)數 Weibull分(fen)布函數。1996年(nian),Scarf對焊縫(feng)處裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)和擴(kuo)展的隨機(ji)性進(jin)行了研(yan)究,他認為裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)服從齊次泊(bo)松過(guo)程,裂(lie)紋(wen)(wen)生(sheng)長滿足(zu)Weibull分(fen)布,他所建立的概率(lv)模型屬(shu)于(yu)經驗公式,沒有(you)考慮裂(lie)紋(wen)(wen)產生(sheng)的物理過(guo)程。
應(ying)力腐蝕失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)隨(sui)機性與失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)形(xing)式(shi)有關,不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)場合,應(ying)力腐蝕失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)有不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)和準則(ze)。黃洪鐘和馮蘊雯(wen)等認為(wei),當(dang)應(ying)力強度(du)因子KI大于(yu)應(ying)力腐蝕臨界(jie)應(ying)力強度(du)因子Kiscc 時(shi)構件就(jiu)發生(sheng)應(ying)力腐蝕失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)。應(ying)力腐蝕失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)更(geng)普遍ISCC的(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)是(shi)泄漏失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)和斷裂失(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)。當(dang)裂紋穿(chuan)透(tou)壁厚時(shi)長度(du)方向尺寸小于(yu)裂紋失(shi)穩擴展(zhan)的(de)(de)(de)(de)(de)臨界(jie)長度(du),此時(shi)只引起設(she)備的(de)(de)(de)(de)(de)泄漏,不(bu)會(hui)產生(sheng)爆(bao)破(po),這種現(xian)象也稱為(wei)“未爆(bao)先(xian)漏(leak before burst,LBB)”[105].從(cong)1963年Irwin率先(xian)提(ti)出未爆(bao)先(xian)漏的(de)(de)(de)(de)(de)概念。至(zhi)今,已形(xing)成了不(bu)同(tong)形(xing)式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)LBB安(an)(an)全評(ping)定(ding)(ding)準則(ze)。其中(zhong),1990年,Sharp-les等提(ti)出的(de)(de)(de)(de)(de)含缺陷結(jie)構安(an)(an)全評(ping)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)LBB評(ping)定(ding)(ding)圖技(ji)術是(shi)應(ying)用較(jiao)方便(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)、較(jiao)能(neng)適合工程安(an)(an)全評(ping)定(ding)(ding)的(de)(de)(de)(de)(de)LBB準則(ze),但(dan)是(shi)目前該(gai)評(ping)定(ding)(ding)圖還只是(shi)一種靜態評(ping)定(ding)(ding)。
當裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)長度(du)(du)(du)達到一(yi)定值時(shi),裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)便失(shi)(shi)穩(wen)擴展,導致設備應(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)。目前,采用斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)學理論(lun)分析(xi)應(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)問題(ti)已經很成(cheng)熟,同(tong)時(shi)概(gai)率斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)學可以很好地解(jie)決應(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)隨(sui)機(ji)性。應(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)概(gai)率計算中,主要的(de)(de)(de)隨(sui)機(ji)變量是(shi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)的(de)(de)(de)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)。1999年,張鈺等(deng)把應(ying)力(li)(li)(li)(li)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)因子(zi)(zi)K1和斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)KIC作為隨(sui)機(ji)變量,利用兩端(duan)截尾(wei)分布(bu)理論(lun)及(ji)應(ying)力(li)(li)(li)(li)-強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)干涉模型建(jian)立了(le)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)概(gai)率設計方法(fa)。材(cai)(cai)(cai)料(liao)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)是(shi)材(cai)(cai)(cai)料(liao)固(gu)有(you)的(de)(de)(de)特性值,由(you)于分散性較(jiao)大,一(yi)般被(bei)認為是(shi)服從Weibull分布(bu)或正態分布(bu)的(de)(de)(de)隨(sui)機(ji)變量。應(ying)力(li)(li)(li)(li)強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)因子(zi)(zi)的(de)(de)(de)分布(bu)函數與材(cai)(cai)(cai)料(liao)屈(qu)服強(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)、裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)形(xing)狀(zhuang)和尺寸(cun)、應(ying)力(li)(li)(li)(li)等(deng)變量的(de)(de)(de)隨(sui)機(ji)性有(you)關(guan)。2000年,劉敏等(deng)通過(guo)分析(xi)實驗數據,給出(chu)了(le)小樣本下焊縫(feng)金屬(shu)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)JIC概(gai)率分布(bu)函數的(de)(de)(de)確定方法(fa),得(de)出(chu)SUS316L不銹(xiu)鋼焊縫(feng)金屬(shu)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)最優概(gai)率分布(bu)函數為Weibull分布(bu)。2010年,Onizawa等(deng)考慮焊接殘余(yu)應(ying)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)分布(bu),采用概(gai)率斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)學分析(xi)方法(fa)估算了(le)奧氏體不銹(xiu)鋼管道應(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)概(gai)率。
2001年,薛紅軍等(deng)(deng)采用(yong)概(gai)(gai)率(lv)有(you)限(xian)元(yuan)方法,計(ji)(ji)算了(le)由載荷隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)、材料特(te)性(xing)隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)和裂(lie)(lie)(lie)紋幾何形狀隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)所引(yin)起的(de)(de)應力強度(du)因子(zi)隨(sui)機(ji)(ji)性(xing)的(de)(de)統計(ji)(ji)量,并(bing)利用(yong)一階可靠性(xing)理論(lun)確定(ding)結構(gou)脆(cui)性(xing)斷裂(lie)(lie)(lie)的(de)(de)失效(xiao)概(gai)(gai)率(lv)。2009年,Tohgo等(deng)(deng)采用(yong)蒙特(te)卡(ka)(ka)羅法模(mo)擬了(le)敏(min)化304不銹鋼光(guang)滑表面應力腐蝕過程,微裂(lie)(lie)(lie)紋的(de)(de)萌生(sheng)(sheng)率(lv)由指數分(fen)布的(de)(de)隨(sui)機(ji)(ji)數產生(sheng)(sheng),裂(lie)(lie)(lie)紋萌生(sheng)(sheng)位置和裂(lie)(lie)(lie)紋尺寸(cun)分(fen)別由均勻隨(sui)機(ji)(ji)數和正(zheng)態(tai)隨(sui)機(ji)(ji)數生(sheng)(sheng)成。祖新星等(deng)(deng)利用(yong)Clark公式(shi)計(ji)(ji)算了(le)裂(lie)(lie)(lie)紋擴展速(su)率(lv),采用(yong)蒙特(te)卡(ka)(ka)羅方法在抽樣及單次時長計(ji)(ji)算基礎(chu)上,對一定(ding)年限(xian)內轉(zhuan)子(zi)應力腐蝕失效(xiao)的(de)(de)概(gai)(gai)率(lv)進(jin)行了(le)預測,并(bing)計(ji)(ji)算了(le)應力腐蝕產生(sheng)(sheng)飛(fei)射物的(de)(de)概(gai)(gai)率(lv)。
5. 模糊(hu)特(te)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(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。

