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(ao)氏體(ti)不銹鋼最常見的(de)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂發生在含(han)氯離子的(de)環境中。除了材料和受(shou)力(li)狀態之外,介質(zhi)環境、構件幾何結構以(yi)及流(liu)場(chang)等是(shi)影響(xiang)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)的(de)主要因素(su)。
①. 氯離(li)子(zi)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(bu)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)是不銹(xiu)(xiu)鋼應力腐(fu)蝕開(kai)(kai)裂的(de)另(ling)一個重要參數(shu),一定溫度(du)范圍內,溫度(du)越高(gao),應力腐(fu)蝕開(kai)(kai)裂越容易(yi)(yi)。一般認(ren)為奧氏(shi)體不銹(xiu)(xiu)鋼,在室溫下較(jiao)少有(you)發(fa)生(sheng)氯化(hua)物開(kai)(kai)裂的(de)危險(xian)。關(guan)矞心等。對高(gao)溫水中不銹(xiu)(xiu)鋼應力腐(fu)蝕研究發(fa)現(xian),250℃是316L不銹(xiu)(xiu)鋼發(fa)生(sheng)應力腐(fu)蝕開(kai)(kai)裂的(de)敏(min)感(gan)溫度(du)。從經驗(yan)上看,大約在60~70℃,長(chang)時間暴露(lu)在腐(fu)蝕環境(jing)中的(de)材(cai)料易(yi)(yi)發(fa)生(sheng)氯化(hua)物開(kai)(kai)裂。對于穿晶型(xing)應力腐(fu)蝕來(lai)說,溫度(du)較(jiao)高(gao)時,即使C1-濃度(du)很低,也會發(fa)生(sheng)應力腐(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)性環境中(zhong)有溶解氧(yang)(yang)或(huo)有其他氧(yang)(yang)化劑的(de)存在(zai)是引起(qi)應(ying)(ying)力腐蝕破裂的(de)必要條件(jian)。溶液中(zhong)溶解氧(yang)(yang)增加,應(ying)(ying)力腐蝕破裂就越容(rong)易(yi)。在(zai)完(wan)全缺氧(yang)(yang)的(de)情況下,奧氏(shi)體不銹鋼將不會發生氯(lv)化物腐蝕斷裂。氧(yang)(yang)之所以(yi)促進應(ying)(ying)力腐蝕的(de)發生尖端裂紋更易(yi)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(li)因素
不銹鋼應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)一(yi)般(ban)由(you)(you)拉應(ying)(ying)力(li)引起(qi)(qi),包括工(gong)作應(ying)(ying)力(li)、殘(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)、溫(wen)差應(ying)(ying)力(li),甚至是腐(fu)(fu)蝕(shi)產物引起(qi)(qi)的(de)拉應(ying)(ying)力(li),而由(you)(you)殘(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)造成的(de)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂事故占總(zong)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)破(po)裂事故總(zong)和的(de)80%以上。殘(can)余(yu)(yu)(yu)應(ying)(ying)力(li)主要來源(yuan)于(yu)加(jia)工(gong)過程中由(you)(you)于(yu)焊接或其他(ta)加(jia)熱、冷卻工(gong)藝而引起(qi)(qi)的(de)內(nei)應(ying)(ying)力(li)。力(li)的(de)主要作用是破(po)壞(huai)鈍化膜、加(jia)速氯離子的(de)吸附(fu)、改(gai)變表面膜成分和結構、加(jia)速陽極溶解等。
也(ye)有研究者認為(wei)壓應(ying)力(li)(li)也(ye)可以引起(qi)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)。隨著對應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)研究的(de)深入,人們(men)發現應(ying)變速(su)(su)率(lv)才是真正控制(zhi)應(ying)力(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)裂(lie)(lie)紋產生和(he)擴展(zhan)的(de)參數,應(ying)力(li)(li)的(de)作(zuo)用在于促進(jin)應(ying)變。對于每(mei)種材(cai)料-介質體(ti)系,都存在一個臨界(jie)應(ying)變速(su)(su)率(lv)值。在一定應(ying)變速(su)(su)率(lv)內,單位(wei)面積內萌生的(de)裂(lie)(lie)紋數及裂(lie)(lie)紋擴展(zhan)平均速(su)(su)率(lv)隨應(ying)變速(su)(su)率(lv)的(de)增大而增大。
⑦. 材料因素
研究表(biao)明(ming),細晶可(ke)(ke)以(yi)使(shi)裂(lie)紋傳播困難(nan),提高(gao)抗應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷裂(lie)的(de)(de)(de)能力(li)。奧氏體(ti)(ti)不銹鋼中少量的(de)(de)(de)δ鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)可(ke)(ke)以(yi)提高(gao)抗應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)能力(li),但過多(duo)的(de)(de)(de)鐵(tie)素(su)體(ti)(ti)會引起(qi)(qi)選擇(ze)性腐(fu)蝕(shi)(shi)。不銹鋼中的(de)(de)(de)雜質對應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)影響也很大(da),雜質的(de)(de)(de)微量變化可(ke)(ke)能會引起(qi)(qi)裂(lie)紋的(de)(de)(de)萌生。如,S可(ke)(ke)以(yi)增加氯(lv)脆的(de)(de)(de)敏感性,MnS可(ke)(ke)以(yi)優先被溶解形成點(dian)蝕(shi)(shi),而(er)氯(lv)離子(zi)擠入孔核促(cu)進點(dian)蝕(shi)(shi)擴展,造成應力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)加速。
⑧. 結構與流(liu)場
應力(li)腐(fu)蝕(shi)作為一(yi)種局部腐(fu)蝕(shi),常常受(shou)設備的(de)幾何形狀以及(ji)流體(ti)的(de)流速(su)、流型等(deng)影響。例如(ru),在廢熱鍋爐(lu)中(zhong)(zhong)(zhong),換熱管和(he)管板(ban)之間存在微量的(de)縫隙,縫隙中(zhong)(zhong)(zhong)換熱管外壁常會發生應力(li)腐(fu)蝕(shi)。Chen等(deng)根(gen)據(ju)廢熱鍋爐(lu)實際(ji)運(yun)行情(qing)況,通過模擬發現氯離(li)子(zi)沉積(ji)位置受(shou)到管路中(zhong)(zhong)(zhong)湍(tuan)流量和(he)流動狀態的(de)影響,在彎(wan)曲(qu)部位沉積(ji)嚴重(zhong);對于變徑管模型,氯離(li)子(zi)沉積(ji)主要(yao)集中(zhong)(zhong)(zhong)在突擴處壁面。
3. 裂紋萌生和擴展(zhan)
對于應(ying)力(li)腐蝕(shi)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)萌生(sheng)(sheng)位置(zhi),研究人員(yuan)普遍認為,一般(ban)情況(kuang)下,裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)從金屬表面的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)坑(keng)處(chu)形(xing)核(he)并(bing)(bing)擴(kuo)展。1989年(nian),Kondo最(zui)早(zao)提出預測點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)向腐蝕(shi)疲勞裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)轉化(hua)的(de)(de)(de)實(shi)質性方(fang)法,他把點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)坑(keng)假設為與(yu)其長(chang)(chang)、深(shen)尺(chi)寸(cun)相同的(de)(de)(de)二(er)維半橢圓形(xing)表面裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen),認為點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)向裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)擴(kuo)展必須滿足兩個條件:點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)深(shen)度(du)(du)大于門檻值(zhi);裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)速(su)率(lv)(lv)大于點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)速(su)率(lv)(lv)。在后來的(de)(de)(de)疲勞裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)產生(sheng)(sheng)研究中,該方(fang)法得(de)到(dao)(dao)了(le)(le)廣泛應(ying)用,并(bing)(bing)得(de)到(dao)(dao)了(le)(le)進(jin)(jin)一步(bu)完善(shan)。然而,把微(wei)小尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)坑(keng)等效為裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen),此時裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du)因子可能(neng)會大于微(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)擴(kuo)展門檻值(zhi)。為避免(mian)以上問題,文獻。進(jin)(jin)一步(bu)研究了(le)(le)應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du)因子準(zhun)則(ze),并(bing)(bing)對其進(jin)(jin)行了(le)(le)改進(jin)(jin)。借鑒Kondo準(zhun)則(ze),2006年(nian),Turnbull等建立了(le)(le)點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)轉化(hua)為應(ying)力(li)腐蝕(shi)的(de)(de)(de)準(zhun)則(ze),并(bing)(bing)根(gen)據點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)生(sheng)(sheng)長(chang)(chang)率(lv)(lv)公式推導出裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)時點(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)蝕(shi)坑(keng)臨界深(shen)度(du)(du)。
受(shou)觀測技(ji)(ji)術(shu)的(de)影響,在裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)研究(jiu)的(de)早期,人們(men)認(ren)為(wei)裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)(yu)點蝕(shi)坑(keng)底部(bu)(bu),并且點蝕(shi)坑(keng)要超過(guo)一定深度(du)(du)裂(lie)紋(wen)(wen)才萌(meng)生(sheng)(sheng)。然而,隨著觀測技(ji)(ji)術(shu)的(de)發展,研究(jiu)人員發現(xian),實際的(de)裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)情況并不像以前推測的(de)那樣。從21世紀初期開(kai)始,研究(jiu)人員借助成像技(ji)(ji)術(shu)加大了對裂(lie)紋(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)過(guo)程的(de)觀察(cha)(cha)。Turnbull和 Horner等(deng)通過(guo)X射線計算機斷(duan)層成像技(ji)(ji)術(shu)觀察(cha)(cha)到:裂(lie)紋(wen)(wen)主要萌(meng)生(sheng)(sheng)于(yu)(yu)點蝕(shi)坑(keng)開(kai)口部(bu)(bu)位或者附近。他們(men)對于(yu)(yu)所觀察(cha)(cha)到的(de)這一現(xian)象,無法從電化學(xue)角度(du)(du)來解釋,因(yin)此試圖(tu)從力學(xue)角度(du)(du)出發尋求解答。于(yu)(yu)是,Turnbull等(deng)采(cai)用有(you)限(xian)元模擬了圓柱形試樣表(biao)面(mian)正在生(sheng)(sheng)長的(de)半球(qiu)形點蝕(shi)坑(keng)受(shou)拉伸應(ying)(ying)力時應(ying)(ying)力和應(ying)(ying)變的(de)分(fen)布(bu)情況,結果表(biao)明(ming):塑性應(ying)(ying)變出現(xian)在坑(keng)口下面(mian)的(de)壁(bi)面(mian),而不是坑(keng)底。隨著外(wai)加應(ying)(ying)力的(de)降(jiang)低,裂(lie)紋(wen)(wen)發生(sheng)(sheng)在坑(keng)口的(de)比例增加,當(dang)外(wai)加應(ying)(ying)力為(wei)50%屈服(fu)強度(du)(du)時,沒有(you)裂(lie)紋(wen)(wen)起(qi)源(yuan)于(yu)(yu)坑(keng)底;
因此(ci),Turnbull等(deng)認為,在(zai)外載荷下點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)生(sheng)長引起的(de)(de)(de)(de)動(dong)態(tai)塑性應(ying)(ying)變(bian)可能是(shi)引起裂紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)主(zhu)要(yao)原因,同時(shi),他(ta)(ta)們也認為不能忽略(lve)環境的(de)(de)(de)(de)作用。另外,Acuna等(deng)發(fa)現(xian)裂紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)主(zhu)要(yao)受合(he)應(ying)(ying)力(li)(li)的(de)(de)(de)(de)方向和(he)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑深(shen)徑比的(de)(de)(de)(de)影響。Zhu等(deng)通過對(dui)材料施加超低彈(dan)性應(ying)(ying)力(li)(li)(20MPa),發(fa)現(xian)裂紋(wen)(wen)優先在(zai)肩部形核而不是(shi)在(zai)坑底,因此(ci)處(chu)應(ying)(ying)力(li)(li)和(he)應(ying)(ying)變(bian)較大。Turnbull的(de)(de)(de)(de)研(yan)究把淺坑等(deng)效(xiao)為半球形、深(shen)坑等(deng)效(xiao)為子彈(dan)形,這(zhe)與實際的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)形貌有一定的(de)(de)(de)(de)距(ju)。但是(shi),他(ta)(ta)們對(dui)傳(chuan)統的(de)(de)(de)(de)裂紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)模型提出(chu)(chu)了質疑,這(zhe)給了我們很大的(de)(de)(de)(de)啟示(shi)。由于裂紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)的(de)(de)(de)(de)復雜性,最終沒有給出(chu)(chu)明確的(de)(de)(de)(de)裂紋(wen)(wen)萌(meng)(meng)(meng)生(sheng)新模型。
目前,最具代表性應(ying)力腐蝕(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)速(su)率定(ding)量預測理論公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi) Ford-Andre-sen公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)和FRI公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(也(ye)稱為Shoji公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi))。但是(shi)(shi)由于這(zhe)(zhe)兩個(ge)公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)中(zhong)一(yi)些(xie)參數不易確定(ding),很難(nan)應(ying)用到實際工(gong)程中(zhong)。工(gong)程中(zhong)應(ying)用比(bi)較廣泛的(de)應(ying)力腐蝕(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)速(su)率經驗(yan)公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)Clark公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)和Paris公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)。Clark公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)確定(ding)了材料的(de)屈服強(qiang)度和環境溫(wen)度兩個(ge)參數對裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)速(su)率的(de)影(ying)響(xiang);Paris公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)建立了應(ying)力強(qiang)度因子(zi)和裂(lie)紋(wen)擴展(zhan)速(su)率之間的(de)關系。以(yi)上公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)考慮的(de)都是(shi)(shi)高溫(wen)水(shui)環境,對于氯(lv)離子(zi)環境下應(ying)力腐蝕(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)擴展(zhan),這(zhe)(zhe)些(xie)公(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)(shi)否適合,還(huan)需要進一(yi)步的(de)研究。
4. 隨(sui)機特性
參數的不確定(ding)性(xing)引起對應力腐(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋的萌生、裂(lie)(lie)紋尺寸(cun)以及(ji)(ji)應力腐(fu)蝕(shi)失(shi)效分析(xi)結(jie)果的隨機(ji)性(xing)。斷裂(lie)(lie)韌(ren)度、屈服強度、缺(que)陷(xian)增長率、初(chu)始缺(que)陷(xian)形(xing)狀和(he)尺寸(cun)分布以及(ji)(ji)載荷是(shi)應力腐(fu)蝕(shi)隨機(ji)性(xing)分析(xi)所涉及(ji)(ji)的主(zhu)要隨機(ji)變(bian)量。
目前(qian),有關應(ying)(ying)力腐蝕(shi)裂(lie)紋萌(meng)生、擴展隨機性(xing)的(de)研(yan)究(jiu)較少(shao)。Turnbull通過(guo)分析實驗(yan)數(shu)據,給出了(le)點(dian)蝕(shi)轉化為應(ying)(ying)力腐蝕(shi)裂(lie)紋可(ke)能性(xing)的(de)三參數(shu) Weibull分布(bu)函數(shu)。1996年(nian),Scarf對焊縫處裂(lie)紋萌(meng)生和擴展的(de)隨機性(xing)進行了(le)研(yan)究(jiu),他認(ren)為裂(lie)紋萌(meng)生服從(cong)齊次(ci)泊(bo)松(song)過(guo)程,裂(lie)紋生長滿足Weibull分布(bu),他所建立的(de)概率模型屬于經驗(yan)公式,沒(mei)有考慮裂(lie)紋產(chan)生的(de)物理過(guo)程。
應(ying)力腐蝕(shi)失(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)隨機性與失(shi)效(xiao)形式(shi)有(you)關,不同(tong)的(de)(de)(de)場(chang)合,應(ying)力腐蝕(shi)失(shi)效(xiao)有(you)不同(tong)的(de)(de)(de)形式(shi)和準則。黃洪鐘和馮蘊雯等認為,當應(ying)力強(qiang)(qiang)度(du)(du)因子(zi)KI大于(yu)應(ying)力腐蝕(shi)臨界應(ying)力強(qiang)(qiang)度(du)(du)因子(zi)Kiscc 時(shi)構(gou)(gou)件(jian)就(jiu)發生應(ying)力腐蝕(shi)失(shi)效(xiao)。應(ying)力腐蝕(shi)失(shi)效(xiao)更普遍ISCC的(de)(de)(de)形式(shi)是泄漏失(shi)效(xiao)和斷裂失(shi)效(xiao)。當裂紋穿(chuan)透壁(bi)厚時(shi)長度(du)(du)方(fang)向(xiang)尺寸(cun)小于(yu)裂紋失(shi)穩擴展的(de)(de)(de)臨界長度(du)(du),此時(shi)只引起設備的(de)(de)(de)泄漏,不會(hui)產生爆(bao)破(po),這種現象也稱為“未(wei)爆(bao)先(xian)漏(leak before burst,LBB)”[105].從1963年Irwin率先(xian)提出未(wei)爆(bao)先(xian)漏的(de)(de)(de)概念。至今,已形成(cheng)了不同(tong)形式(shi)的(de)(de)(de)LBB安(an)全(quan)評定準則。其中,1990年,Sharp-les等提出的(de)(de)(de)含缺(que)陷結構(gou)(gou)安(an)全(quan)評定的(de)(de)(de)LBB評定圖(tu)技術是應(ying)用較方(fang)便(bian)的(de)(de)(de)、較能(neng)適合工程安(an)全(quan)評定的(de)(de)(de)LBB準則,但是目前(qian)該評定圖(tu)還只是一種靜態評定。
當裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋長度(du)(du)(du)達到一定值時,裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋便失穩擴(kuo)展,導(dao)致設備應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)(xiao)。目前,采(cai)用斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)理(li)論分(fen)(fen)析應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)(xiao)問題已(yi)經很(hen)成熟,同時概(gai)(gai)率斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)可以很(hen)好地解決(jue)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)性(xing)。應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)失效(xiao)(xiao)概(gai)(gai)率計算中,主要(yao)的(de)(de)(de)(de)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)變(bian)量是材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)。1999年(nian)(nian),張鈺(yu)等把應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)強度(du)(du)(du)因子K1和斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)KIC作為(wei)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)變(bian)量,利用兩(liang)端截尾分(fen)(fen)布(bu)(bu)理(li)論及應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)-強度(du)(du)(du)干涉(she)模(mo)型建立(li)了(le)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)概(gai)(gai)率設計方法(fa)(fa)。材料(liao)(liao)斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)是材料(liao)(liao)固(gu)有的(de)(de)(de)(de)特性(xing)值,由于(yu)分(fen)(fen)散性(xing)較(jiao)大,一般被認為(wei)是服從Weibull分(fen)(fen)布(bu)(bu)或正態分(fen)(fen)布(bu)(bu)的(de)(de)(de)(de)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)變(bian)量。應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)強度(du)(du)(du)因子的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)(bu)函(han)數(shu)(shu)與材料(liao)(liao)屈服強度(du)(du)(du)、裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋形(xing)狀和尺寸、應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)等變(bian)量的(de)(de)(de)(de)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)性(xing)有關。2000年(nian)(nian),劉敏等通過分(fen)(fen)析實驗(yan)數(shu)(shu)據(ju),給出了(le)小樣本(ben)下焊(han)縫(feng)金屬斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)JIC概(gai)(gai)率分(fen)(fen)布(bu)(bu)函(han)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)(de)確(que)定方法(fa)(fa),得出SUS316L不銹鋼焊(han)縫(feng)金屬斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)最優(you)概(gai)(gai)率分(fen)(fen)布(bu)(bu)函(han)數(shu)(shu)為(wei)Weibull分(fen)(fen)布(bu)(bu)。2010年(nian)(nian),Onizawa等考慮焊(han)接殘余應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)(bu),采(cai)用概(gai)(gai)率斷(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)(xue)分(fen)(fen)析方法(fa)(fa)估(gu)算了(le)奧氏體不銹鋼管道應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)失效(xiao)(xiao)概(gai)(gai)率。
2001年(nian),薛紅(hong)軍等(deng)采用(yong)概(gai)(gai)率有限元(yuan)方(fang)法(fa),計(ji)算了(le)由載(zai)荷隨(sui)(sui)(sui)機性(xing)、材(cai)料特(te)性(xing)隨(sui)(sui)(sui)機性(xing)和(he)(he)裂(lie)紋幾何形狀隨(sui)(sui)(sui)機性(xing)所引起的(de)(de)應力強度因子隨(sui)(sui)(sui)機性(xing)的(de)(de)統計(ji)量,并利(li)用(yong)一階可(ke)靠性(xing)理論確(que)定(ding)結構脆性(xing)斷裂(lie)的(de)(de)失(shi)效概(gai)(gai)率。2009年(nian),Tohgo等(deng)采用(yong)蒙特(te)卡(ka)羅法(fa)模(mo)擬了(le)敏化(hua)304不銹鋼光(guang)滑表(biao)面應力腐蝕(shi)過程,微裂(lie)紋的(de)(de)萌生率由指數(shu)分(fen)布的(de)(de)隨(sui)(sui)(sui)機數(shu)產(chan)生,裂(lie)紋萌生位置(zhi)和(he)(he)裂(lie)紋尺寸分(fen)別由均勻隨(sui)(sui)(sui)機數(shu)和(he)(he)正態(tai)隨(sui)(sui)(sui)機數(shu)生成。祖新星(xing)等(deng)利(li)用(yong)Clark公式計(ji)算了(le)裂(lie)紋擴(kuo)展速率,采用(yong)蒙特(te)卡(ka)羅方(fang)法(fa)在抽樣(yang)及單次時長計(ji)算基礎上(shang),對一定(ding)年(nian)限內轉(zhuan)子應力腐蝕(shi)失(shi)效的(de)(de)概(gai)(gai)率進行了(le)預測,并計(ji)算了(le)應力腐蝕(shi)產(chan)生飛(fei)射物的(de)(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。