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(su)


  奧氏體不(bu)銹鋼(gang)最常見的應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)開裂發生(sheng)在含氯(lv)離(li)子的環境中。除了材(cai)料和受力(li)狀態之外,介質環境、構件幾何結(jie)構以及(ji)流場等是影響應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)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(gang)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)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)應力(li)腐(fu)(fu)蝕開(kai)裂的(de)(de)另一個(ge)重要參數,一定溫度(du)(du)范圍內,溫度(du)(du)越高,應力(li)腐(fu)(fu)蝕開(kai)裂越容(rong)易(yi)。一般認(ren)為(wei)奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang),在室溫下較少有(you)發生氯(lv)化物(wu)開(kai)裂的(de)(de)危(wei)險。關(guan)矞(yu)心(xin)等。對高溫水(shui)中(zhong)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)應力(li)腐(fu)(fu)蝕研究(jiu)發現,250℃是(shi)316L不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)(gang)發生應力(li)腐(fu)(fu)蝕開(kai)裂的(de)(de)敏(min)感溫度(du)(du)。從經驗上看,大約在60~70℃,長時(shi)(shi)間暴(bao)露在腐(fu)(fu)蝕環境中(zhong)的(de)(de)材(cai)料易(yi)發生氯(lv)化物(wu)開(kai)裂。對于穿晶型(xing)應力(li)腐(fu)(fu)蝕來說,溫度(du)(du)較高時(shi)(shi),即使(shi)C1-濃度(du)(du)很(hen)低,也會發生應力(li)腐(fu)(fu)蝕。


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


   在中性環(huan)境中有溶(rong)解氧(yang)(yang)或有其他氧(yang)(yang)化劑的(de)存在是引起應(ying)力腐蝕(shi)(shi)破(po)裂(lie)(lie)的(de)必要條件。溶(rong)液中溶(rong)解氧(yang)(yang)增(zeng)加(jia),應(ying)力腐蝕(shi)(shi)破(po)裂(lie)(lie)就越容易(yi)。在完全缺氧(yang)(yang)的(de)情況下,奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼將(jiang)不(bu)會發(fa)生氯化物(wu)腐蝕(shi)(shi)斷裂(lie)(lie)。氧(yang)(yang)之所以促進應(ying)力腐蝕(shi)(shi)的(de)發(fa)生尖(jian)端(duan)裂(lie)(lie)紋(wen)更易(yi)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. 應力因素(su)


   不(bu)銹鋼應(ying)力(li)腐(fu)蝕一般由拉應(ying)力(li)引起(qi)(qi),包括工作應(ying)力(li)、殘(can)余(yu)應(ying)力(li)、溫(wen)差應(ying)力(li),甚至是腐(fu)蝕產物(wu)引起(qi)(qi)的(de)拉應(ying)力(li),而由殘(can)余(yu)應(ying)力(li)造(zao)成(cheng)的(de)腐(fu)蝕斷(duan)裂(lie)事故(gu)占(zhan)總應(ying)力(li)腐(fu)蝕破(po)裂(lie)事故(gu)總和的(de)80%以上。殘(can)余(yu)應(ying)力(li)主要(yao)來源于(yu)加工過程中由于(yu)焊接或其他加熱、冷卻(que)工藝而引起(qi)(qi)的(de)內(nei)應(ying)力(li)。力(li)的(de)主要(yao)作用是破(po)壞鈍化膜、加速氯離子的(de)吸附、改變(bian)表面膜成(cheng)分和結構(gou)、加速陽極溶解等。


   也有研究(jiu)者認(ren)為(wei)壓(ya)應(ying)(ying)力(li)也可以引(yin)起應(ying)(ying)力(li)腐蝕。隨(sui)著對應(ying)(ying)力(li)腐蝕研究(jiu)的(de)深入,人們發現應(ying)(ying)變速率(lv)(lv)才(cai)是真正(zheng)控制應(ying)(ying)力(li)腐蝕裂(lie)紋產生(sheng)和擴展(zhan)(zhan)的(de)參數,應(ying)(ying)力(li)的(de)作(zuo)用在(zai)于(yu)促(cu)進(jin)應(ying)(ying)變。對于(yu)每種材(cai)料-介質(zhi)體系,都(dou)存在(zai)一(yi)個(ge)臨界應(ying)(ying)變速率(lv)(lv)值。在(zai)一(yi)定應(ying)(ying)變速率(lv)(lv)內(nei),單位(wei)面(mian)積(ji)內(nei)萌生(sheng)的(de)裂(lie)紋數及(ji)裂(lie)紋擴展(zhan)(zhan)平均速率(lv)(lv)隨(sui)應(ying)(ying)變速率(lv)(lv)的(de)增(zeng)大而增(zeng)大。


⑦. 材料因素(su)


   研究表(biao)明(ming),細(xi)晶可以(yi)(yi)使裂紋傳播困難,提高(gao)抗應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)斷裂的能力(li)。奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)少量的δ鐵素體(ti)可以(yi)(yi)提高(gao)抗應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)能力(li),但過多的鐵素體(ti)會引(yin)起(qi)選擇性(xing)腐(fu)蝕(shi)。不(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)的雜質對應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)影(ying)響(xiang)也很大,雜質的微(wei)量變化(hua)可能會引(yin)起(qi)裂紋的萌生。如,S可以(yi)(yi)增加氯脆的敏(min)感(gan)性(xing),MnS可以(yi)(yi)優先(xian)被(bei)溶解形成點蝕(shi),而氯離子擠(ji)入孔核促進點蝕(shi)擴展,造成應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)加速。


⑧. 結構(gou)與流場


   應(ying)力腐蝕作為一種(zhong)局部(bu)腐蝕,常(chang)常(chang)受設備(bei)的(de)幾何形狀以(yi)及流(liu)(liu)體的(de)流(liu)(liu)速、流(liu)(liu)型等(deng)影(ying)響。例(li)如,在(zai)廢熱(re)鍋(guo)爐中(zhong),換熱(re)管(guan)(guan)和(he)管(guan)(guan)板之(zhi)間存在(zai)微量(liang)的(de)縫隙,縫隙中(zhong)換熱(re)管(guan)(guan)外壁常(chang)會發(fa)生(sheng)應(ying)力腐蝕。Chen等(deng)根據廢熱(re)鍋(guo)爐實際(ji)運行情況,通過模擬(ni)發(fa)現氯離子沉積位(wei)置受到管(guan)(guan)路中(zhong)湍流(liu)(liu)量(liang)和(he)流(liu)(liu)動狀態的(de)影(ying)響,在(zai)彎曲部(bu)位(wei)沉積嚴重;對于變徑(jing)管(guan)(guan)模型,氯離子沉積主要(yao)集中(zhong)在(zai)突擴處壁面。



3. 裂紋萌生和擴展(zhan)


   對于應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)萌(meng)生位(wei)置,研究(jiu)(jiu)人員(yuan)普遍認為(wei),一(yi)般情(qing)況(kuang)下,裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)從金屬表面(mian)(mian)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑(keng)處形核并(bing)(bing)擴展。1989年,Kondo最(zui)早提出預(yu)測點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)向(xiang)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)疲勞裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)轉(zhuan)化的(de)(de)(de)實質性方(fang)(fang)法,他(ta)把(ba)點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑(keng)假設為(wei)與其長(chang)、深尺寸相(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)二維半橢(tuo)圓形表面(mian)(mian)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen),認為(wei)點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)向(xiang)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴展必須滿足兩個(ge)條件(jian):點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)大于門檻(jian)(jian)值;裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)生長(chang)速率(lv)大于點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)生長(chang)速率(lv)。在后來的(de)(de)(de)疲勞裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)產生研究(jiu)(jiu)中(zhong),該方(fang)(fang)法得到了(le)廣泛應(ying)用,并(bing)(bing)得到了(le)進一(yi)步完善。然而,把(ba)微小尺寸的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑(keng)等效為(wei)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen),此時裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)強度(du)因子可(ke)能會大于微裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)擴展門檻(jian)(jian)值。為(wei)避免以(yi)上問題,文(wen)獻(xian)。進一(yi)步研究(jiu)(jiu)了(le)應(ying)力(li)強度(du)因子準則(ze),并(bing)(bing)對其進行了(le)改進。借鑒(jian)Kondo準則(ze),2006年,Turnbull等建立了(le)點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)轉(zhuan)化為(wei)應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)準則(ze),并(bing)(bing)根據點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)生長(chang)率(lv)公式(shi)推導出裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)萌(meng)生時點(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑(keng)臨界深度(du)。


   受觀(guan)(guan)測技(ji)術(shu)的(de)(de)影響,在(zai)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)研究的(de)(de)早期,人(ren)們(men)認為裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)點(dian)蝕坑(keng)(keng)(keng)底(di)(di)部,并(bing)且點(dian)蝕坑(keng)(keng)(keng)要超過(guo)一(yi)定(ding)深度(du)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)才(cai)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)。然而,隨著(zhu)觀(guan)(guan)測技(ji)術(shu)的(de)(de)發(fa)展,研究人(ren)員(yuan)發(fa)現,實際(ji)的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)情況并(bing)不像(xiang)以前推測的(de)(de)那樣(yang)。從(cong)21世(shi)紀初期開(kai)始(shi),研究人(ren)員(yuan)借助成像(xiang)技(ji)術(shu)加大了對裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)過(guo)程的(de)(de)觀(guan)(guan)察。Turnbull和 Horner等(deng)通(tong)過(guo)X射線計(ji)算機斷層成像(xiang)技(ji)術(shu)觀(guan)(guan)察到(dao):裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)主要萌(meng)(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)點(dian)蝕坑(keng)(keng)(keng)開(kai)口(kou)部位或者附(fu)近。他們(men)對于(yu)所觀(guan)(guan)察到(dao)的(de)(de)這一(yi)現象,無(wu)法(fa)從(cong)電化學角(jiao)度(du)來(lai)解(jie)釋,因此試圖從(cong)力(li)學角(jiao)度(du)出(chu)(chu)發(fa)尋求解(jie)答。于(yu)是(shi),Turnbull等(deng)采用有限(xian)元模擬(ni)了圓柱(zhu)形(xing)試樣(yang)表面正在(zai)生(sheng)(sheng)長的(de)(de)半球形(xing)點(dian)蝕坑(keng)(keng)(keng)受拉伸(shen)應(ying)力(li)時應(ying)力(li)和應(ying)變(bian)的(de)(de)分布情況,結果表明:塑性應(ying)變(bian)出(chu)(chu)現在(zai)坑(keng)(keng)(keng)口(kou)下面的(de)(de)壁面,而不是(shi)坑(keng)(keng)(keng)底(di)(di)。隨著(zhu)外(wai)加應(ying)力(li)的(de)(de)降低(di),裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)坑(keng)(keng)(keng)口(kou)的(de)(de)比例增(zeng)加,當外(wai)加應(ying)力(li)為50%屈服強度(du)時,沒有裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)起(qi)源于(yu)坑(keng)(keng)(keng)底(di)(di);


   因(yin)此,Turnbull等(deng)認(ren)為(wei),在外(wai)載荷(he)下點(dian)蝕生長引起(qi)的(de)(de)(de)動(dong)態塑性(xing)應變可能是(shi)引起(qi)裂(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)主要(yao)原因(yin),同時,他們也(ye)認(ren)為(wei)不能忽略環境的(de)(de)(de)作(zuo)用。另外(wai),Acuna等(deng)發現裂(lie)紋(wen)萌(meng)生主要(yao)受合應力(li)(li)的(de)(de)(de)方向和(he)點(dian)蝕坑深徑(jing)比的(de)(de)(de)影響。Zhu等(deng)通(tong)過對材(cai)料施加(jia)超(chao)低彈性(xing)應力(li)(li)(20MPa),發現裂(lie)紋(wen)優(you)先在肩(jian)部形核而不是(shi)在坑底,因(yin)此處應力(li)(li)和(he)應變較大(da)(da)。Turnbull的(de)(de)(de)研(yan)究把淺(qian)坑等(deng)效為(wei)半球形、深坑等(deng)效為(wei)子彈形,這(zhe)(zhe)與(yu)實際的(de)(de)(de)點(dian)蝕形貌有一定的(de)(de)(de)距。但是(shi),他們對傳(chuan)統的(de)(de)(de)裂(lie)紋(wen)萌(meng)生模(mo)型提出了質疑,這(zhe)(zhe)給(gei)了我們很大(da)(da)的(de)(de)(de)啟示。由于(yu)裂(lie)紋(wen)萌(meng)生的(de)(de)(de)復雜(za)性(xing),最終沒有給(gei)出明確的(de)(de)(de)裂(lie)紋(wen)萌(meng)生新模(mo)型。


   目前,最具代(dai)表性(xing)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)速(su)(su)率定量(liang)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Shoji公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi))。但(dan)是(shi)由(you)于這兩個公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)中一些參數(shu)不易確定,很難應(ying)用到實際工程中。工程中應(ying)用比較(jiao)廣泛的(de)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)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(cai)料的(de)屈服強(qiang)度(du)(du)和環境(jing)溫度(du)(du)兩個參數(shu)對裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)速(su)(su)率的(de)影響;Paris公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)建立了應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du)因子和裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan)速(su)(su)率之間(jian)的(de)關系(xi)。以上(shang)公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)考(kao)慮的(de)都是(shi)高溫水環境(jing),對于氯離子環境(jing)下應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴展(zhan),這些公(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)是(shi)否適(shi)合,還需要進一步的(de)研究(jiu)。



4. 隨機特性


   參(can)數的(de)不(bu)確定(ding)性引起(qi)對應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕裂紋的(de)萌生、裂紋尺寸以(yi)及應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕失效分(fen)析結果的(de)隨(sui)機性。斷裂韌(ren)度、屈服強(qiang)度、缺陷增長(chang)率、初始缺陷形狀和尺寸分(fen)布(bu)以(yi)及載荷是應(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕隨(sui)機性分(fen)析所涉及的(de)主要隨(sui)機變量。


   目前,有關(guan)應力(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)、擴(kuo)展隨(sui)機(ji)性(xing)的(de)研(yan)究較(jiao)少。Turnbull通過(guo)分(fen)析(xi)實驗數(shu)據,給出了點蝕(shi)轉化(hua)為(wei)應力(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)紋(wen)(wen)可(ke)能性(xing)的(de)三(san)參數(shu) Weibull分(fen)布(bu)函數(shu)。1996年,Scarf對焊縫處(chu)裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)和擴(kuo)展的(de)隨(sui)機(ji)性(xing)進行(xing)了研(yan)究,他(ta)認為(wei)裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)服從(cong)齊次泊松過(guo)程,裂(lie)紋(wen)(wen)生(sheng)(sheng)長滿足Weibull分(fen)布(bu),他(ta)所建(jian)立的(de)概率模型屬(shu)于經驗公式(shi),沒有考慮裂(lie)紋(wen)(wen)產生(sheng)(sheng)的(de)物理過(guo)程。


   應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕失效的(de)隨機性(xing)與(yu)失效形式有關,不同(tong)的(de)場合(he),應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕失效有不同(tong)的(de)形式和(he)(he)準則(ze)。黃洪鐘和(he)(he)馮蘊雯等認為,當(dang)應(ying)力(li)(li)強度(du)因子(zi)KI大于應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕臨(lin)界(jie)應(ying)力(li)(li)強度(du)因子(zi)Kiscc 時(shi)構件就發(fa)生(sheng)應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕失效。應(ying)力(li)(li)腐(fu)蝕失效更普遍ISCC的(de)形式是(shi)(shi)泄漏(lou)失效和(he)(he)斷裂失效。當(dang)裂紋穿透壁厚時(shi)長度(du)方向尺寸(cun)小于裂紋失穩(wen)擴展的(de)臨(lin)界(jie)長度(du),此時(shi)只引起設備(bei)的(de)泄漏(lou),不會(hui)產(chan)生(sheng)爆(bao)破,這種現(xian)象也(ye)稱為“未爆(bao)先漏(lou)(leak before burst,LBB)”[105].從1963年Irwin率(lv)先提(ti)出未爆(bao)先漏(lou)的(de)概念。至今,已(yi)形成了不同(tong)形式的(de)LBB安全(quan)評(ping)(ping)定(ding)準則(ze)。其中,1990年,Sharp-les等提(ti)出的(de)含缺(que)陷結構安全(quan)評(ping)(ping)定(ding)的(de)LBB評(ping)(ping)定(ding)圖(tu)技術是(shi)(shi)應(ying)用較方便的(de)、較能適(shi)合(he)工程(cheng)安全(quan)評(ping)(ping)定(ding)的(de)LBB準則(ze),但是(shi)(shi)目前該評(ping)(ping)定(ding)圖(tu)還只是(shi)(shi)一種靜態(tai)評(ping)(ping)定(ding)。


   當(dang)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋長(chang)度(du)(du)達到一定(ding)值時,裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋便失穩擴展(zhan),導致設(she)備應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)(xiao)。目前,采用(yong)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)學(xue)理(li)論分(fen)(fen)(fen)析(xi)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)(xiao)問題(ti)已經很成熟,同(tong)時概(gai)(gai)率(lv)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)學(xue)可以很好(hao)地解(jie)決(jue)應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)隨機性(xing)。應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)(xiao)概(gai)(gai)率(lv)計(ji)算(suan)中,主要的(de)(de)(de)(de)(de)隨機變量是材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)。1999年,張鈺等(deng)把應(ying)(ying)力(li)(li)強度(du)(du)因(yin)子(zi)K1和斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)KIC作為(wei)隨機變量,利用(yong)兩端截尾分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)理(li)論及應(ying)(ying)力(li)(li)-強度(du)(du)干(gan)涉模型(xing)建立了斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)概(gai)(gai)率(lv)設(she)計(ji)方(fang)(fang)法(fa)。材(cai)料斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)是材(cai)料固有的(de)(de)(de)(de)(de)特性(xing)值,由于分(fen)(fen)(fen)散性(xing)較大,一般被認(ren)為(wei)是服從Weibull分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)或正態分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)(de)隨機變量。應(ying)(ying)力(li)(li)強度(du)(du)因(yin)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)函(han)數與(yu)材(cai)料屈服強度(du)(du)、裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋形狀和尺寸、應(ying)(ying)力(li)(li)等(deng)變量的(de)(de)(de)(de)(de)隨機性(xing)有關。2000年,劉敏等(deng)通過(guo)分(fen)(fen)(fen)析(xi)實驗數據(ju),給出了小樣本下焊縫(feng)金屬(shu)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)JIC概(gai)(gai)率(lv)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)函(han)數的(de)(de)(de)(de)(de)確(que)定(ding)方(fang)(fang)法(fa),得出SUS316L不銹(xiu)鋼焊縫(feng)金屬(shu)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)最優概(gai)(gai)率(lv)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)函(han)數為(wei)Weibull分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)。2010年,Onizawa等(deng)考慮(lv)焊接殘余(yu)應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu),采用(yong)概(gai)(gai)率(lv)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)學(xue)分(fen)(fen)(fen)析(xi)方(fang)(fang)法(fa)估算(suan)了奧(ao)氏體不銹(xiu)鋼管(guan)道應(ying)(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)(fu)蝕失效(xiao)(xiao)概(gai)(gai)率(lv)。


   2001年(nian),薛紅軍等采用(yong)概(gai)(gai)率有限元方(fang)法(fa),計算(suan)了由(you)載(zai)荷隨(sui)機(ji)性(xing)、材料特(te)性(xing)隨(sui)機(ji)性(xing)和(he)裂(lie)(lie)紋幾(ji)何形狀隨(sui)機(ji)性(xing)所引(yin)起的(de)應力(li)強度(du)因子隨(sui)機(ji)性(xing)的(de)統計量,并利用(yong)一階可(ke)靠性(xing)理論確定結構(gou)脆性(xing)斷裂(lie)(lie)的(de)失(shi)效概(gai)(gai)率。2009年(nian),Tohgo等采用(yong)蒙(meng)特(te)卡(ka)羅法(fa)模擬了敏化(hua)304不(bu)銹鋼(gang)光滑表面應力(li)腐蝕過程,微裂(lie)(lie)紋的(de)萌生(sheng)(sheng)率由(you)指數分布的(de)隨(sui)機(ji)數產(chan)生(sheng)(sheng),裂(lie)(lie)紋萌生(sheng)(sheng)位(wei)置和(he)裂(lie)(lie)紋尺寸分別由(you)均勻隨(sui)機(ji)數和(he)正態(tai)隨(sui)機(ji)數生(sheng)(sheng)成。祖新星等利用(yong)Clark公(gong)式計算(suan)了裂(lie)(lie)紋擴展速率,采用(yong)蒙(meng)特(te)卡(ka)羅方(fang)法(fa)在(zai)抽(chou)樣(yang)及(ji)單次(ci)時長計算(suan)基礎上(shang),對一定年(nian)限內(nei)轉(zhuan)子應力(li)腐蝕失(shi)效的(de)概(gai)(gai)率進(jin)行了預測,并計算(suan)了應力(li)腐蝕產(chan)生(sheng)(sheng)飛射物(wu)的(de)概(gai)(gai)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(guan)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。