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(yin)素(su)
奧(ao)氏體不銹鋼最(zui)常見的(de)應力腐蝕(shi)開裂發生在含氯離子的(de)環(huan)境(jing)(jing)中。除了材料和(he)受(shou)力狀態之外,介(jie)質環(huan)境(jing)(jing)、構件幾何結構以及(ji)流場等是(shi)影響應力腐蝕(shi)的(de)主要因(yin)素(su)。
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(du)
溫(wen)度(du)(du)是不銹(xiu)(xiu)鋼應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開裂的另(ling)一(yi)個重要參數,一(yi)定溫(wen)度(du)(du)范圍內,溫(wen)度(du)(du)越(yue)高(gao),應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開裂越(yue)容(rong)易。一(yi)般認(ren)為(wei)奧氏體不銹(xiu)(xiu)鋼,在(zai)(zai)室溫(wen)下較(jiao)少有發(fa)生氯化物(wu)(wu)開裂的危險。關(guan)矞心等。對(dui)(dui)高(gao)溫(wen)水(shui)中不銹(xiu)(xiu)鋼應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)研究發(fa)現(xian),250℃是316L不銹(xiu)(xiu)鋼發(fa)生應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)開裂的敏(min)感溫(wen)度(du)(du)。從經驗上看,大(da)約在(zai)(zai)60~70℃,長(chang)時間暴露(lu)在(zai)(zai)腐(fu)蝕(shi)(shi)環境(jing)中的材料易發(fa)生氯化物(wu)(wu)開裂。對(dui)(dui)于穿晶型應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)來(lai)說,溫(wen)度(du)(du)較(jiao)高(gao)時,即(ji)使C1-濃度(du)(du)很低,也會發(fa)生應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(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(zai)中(zhong)性(xing)環境(jing)中(zhong)有(you)溶解(jie)氧或有(you)其他氧化(hua)劑的(de)存在(zai)是引起(qi)應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)破裂(lie)的(de)必要條件。溶液中(zhong)溶解(jie)氧增加,應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)破裂(lie)就越(yue)容易。在(zai)完全缺氧的(de)情況下,奧氏(shi)體(ti)不銹鋼將不會發生氯化(hua)物腐(fu)(fu)蝕(shi)斷裂(lie)。氧之所以促進應(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)的(de)發生尖端裂(lie)紋更易形成(cheng)。
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(bu)銹鋼應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)一般由(you)(you)(you)拉應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)引起,包括工(gong)作應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)、溫差應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li),甚至是(shi)腐蝕(shi)產物引起的拉應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li),而由(you)(you)(you)殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)造成(cheng)的腐蝕(shi)斷(duan)裂事故占總應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)破(po)(po)裂事故總和(he)的80%以上。殘(can)余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)主(zhu)要來(lai)源于加工(gong)過程中(zhong)由(you)(you)(you)于焊接或其(qi)他加熱、冷卻工(gong)藝而引起的內應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)。力(li)(li)(li)(li)的主(zhu)要作用是(shi)破(po)(po)壞鈍化(hua)膜、加速(su)氯離子的吸附、改(gai)變表面(mian)膜成(cheng)分和(he)結構、加速(su)陽極溶(rong)解等。
也(ye)有研(yan)(yan)究者認為壓應(ying)力也(ye)可以引起應(ying)力腐(fu)蝕(shi)。隨(sui)(sui)著(zhu)對(dui)(dui)應(ying)力腐(fu)蝕(shi)研(yan)(yan)究的(de)(de)深入,人們發現(xian)應(ying)變(bian)(bian)速(su)率(lv)才是真正控制應(ying)力腐(fu)蝕(shi)裂紋產(chan)生和擴(kuo)展的(de)(de)參數,應(ying)力的(de)(de)作用在于(yu)促進應(ying)變(bian)(bian)。對(dui)(dui)于(yu)每種材料-介質體系,都存在一(yi)個臨界應(ying)變(bian)(bian)速(su)率(lv)值。在一(yi)定應(ying)變(bian)(bian)速(su)率(lv)內,單(dan)位面積內萌(meng)生的(de)(de)裂紋數及裂紋擴(kuo)展平均速(su)率(lv)隨(sui)(sui)應(ying)變(bian)(bian)速(su)率(lv)的(de)(de)增大而增大。
⑦. 材料(liao)因素
研究表明,細晶可以(yi)(yi)使裂紋(wen)傳播困難,提(ti)高抗(kang)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)裂的(de)(de)(de)能(neng)力。奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)中少量的(de)(de)(de)δ鐵素體可以(yi)(yi)提(ti)高抗(kang)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)能(neng)力,但過多的(de)(de)(de)鐵素體會引起(qi)(qi)選(xuan)擇(ze)性腐(fu)(fu)蝕(shi)。不銹(xiu)鋼(gang)中的(de)(de)(de)雜(za)質(zhi)對應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)影響也很(hen)大,雜(za)質(zhi)的(de)(de)(de)微量變化可能(neng)會引起(qi)(qi)裂紋(wen)的(de)(de)(de)萌生。如(ru),S可以(yi)(yi)增加氯(lv)脆(cui)的(de)(de)(de)敏(min)感性,MnS可以(yi)(yi)優先被(bei)溶解形成點蝕(shi),而氯(lv)離子擠(ji)入孔核促進點蝕(shi)擴展,造(zao)成應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)加速。
⑧. 結構(gou)與流場
應(ying)力腐(fu)蝕作為一種局(ju)部腐(fu)蝕,常(chang)常(chang)受設備的幾何(he)形狀以及流(liu)(liu)體的流(liu)(liu)速(su)、流(liu)(liu)型等(deng)(deng)影響。例如,在(zai)廢熱(re)鍋(guo)爐(lu)中(zhong)(zhong),換(huan)熱(re)管(guan)和管(guan)板(ban)之(zhi)間存(cun)在(zai)微量的縫(feng)隙,縫(feng)隙中(zhong)(zhong)換(huan)熱(re)管(guan)外壁(bi)常(chang)會發生應(ying)力腐(fu)蝕。Chen等(deng)(deng)根據廢熱(re)鍋(guo)爐(lu)實際(ji)運(yun)行情(qing)況,通過模擬發現氯離(li)子沉積位(wei)置受到(dao)管(guan)路中(zhong)(zhong)湍流(liu)(liu)量和流(liu)(liu)動狀態的影響,在(zai)彎(wan)曲部位(wei)沉積嚴(yan)重;對于變徑管(guan)模型,氯離(li)子沉積主要集(ji)中(zhong)(zhong)在(zai)突擴處(chu)壁(bi)面。
3. 裂紋萌(meng)生(sheng)和擴展
對于(yu)(yu)應力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)萌(meng)生(sheng)(sheng)位置,研究人員普遍認為(wei)(wei),一(yi)般情況(kuang)下,裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)從金屬表(biao)面的(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑處形核并擴(kuo)展(zhan)。1989年,Kondo最早提出預測點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)向腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)疲勞(lao)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)轉(zhuan)化的(de)(de)(de)實質性方(fang)法(fa),他把點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑假設為(wei)(wei)與其長(chang)、深尺寸相(xiang)同(tong)的(de)(de)(de)二維半橢圓形表(biao)面裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen),認為(wei)(wei)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)向裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)必(bi)須滿足兩(liang)個條件:點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)深度(du)大(da)(da)于(yu)(yu)門檻值(zhi);裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)生(sheng)(sheng)長(chang)速率大(da)(da)于(yu)(yu)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)生(sheng)(sheng)長(chang)速率。在后來的(de)(de)(de)疲勞(lao)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)產生(sheng)(sheng)研究中(zhong),該(gai)方(fang)法(fa)得到了(le)廣泛應用,并得到了(le)進一(yi)步完(wan)善。然(ran)而,把微(wei)小尺寸的(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑等效為(wei)(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen),此(ci)時裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)應力(li)(li)強(qiang)度(du)因子可能(neng)會大(da)(da)于(yu)(yu)微(wei)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)擴(kuo)展(zhan)門檻值(zhi)。為(wei)(wei)避免以上問題(ti),文(wen)獻(xian)。進一(yi)步研究了(le)應力(li)(li)強(qiang)度(du)因子準則(ze),并對其進行(xing)了(le)改進。借鑒Kondo準則(ze),2006年,Turnbull等建(jian)立了(le)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)轉(zhuan)化為(wei)(wei)應力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)準則(ze),并根據點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)生(sheng)(sheng)長(chang)率公式推導出裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)時點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)坑臨(lin)界深度(du)。
受觀(guan)(guan)測技(ji)術的(de)(de)(de)影(ying)響,在(zai)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)研(yan)究的(de)(de)(de)早期,人們(men)認為(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)于點(dian)蝕(shi)坑(keng)底部,并(bing)(bing)且點(dian)蝕(shi)坑(keng)要(yao)超過(guo)一定深(shen)度裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)才萌(meng)生(sheng)(sheng)。然而,隨(sui)(sui)著觀(guan)(guan)測技(ji)術的(de)(de)(de)發(fa)展,研(yan)究人員發(fa)現,實際的(de)(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)情況并(bing)(bing)不(bu)像以前推測的(de)(de)(de)那(nei)樣(yang)。從(cong)21世紀初期開始,研(yan)究人員借助成像技(ji)術加大了對裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)過(guo)程的(de)(de)(de)觀(guan)(guan)察(cha)(cha)。Turnbull和 Horner等通過(guo)X射線計算(suan)機(ji)斷(duan)層(ceng)成像技(ji)術觀(guan)(guan)察(cha)(cha)到:裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)主要(yao)萌(meng)生(sheng)(sheng)于點(dian)蝕(shi)坑(keng)開口部位或者附近。他(ta)們(men)對于所(suo)觀(guan)(guan)察(cha)(cha)到的(de)(de)(de)這一現象(xiang),無法從(cong)電化學(xue)角度來解釋(shi),因(yin)此試圖從(cong)力(li)(li)(li)學(xue)角度出發(fa)尋求解答。于是,Turnbull等采(cai)用(yong)有限元模擬(ni)了圓柱形試樣(yang)表面(mian)正在(zai)生(sheng)(sheng)長的(de)(de)(de)半球形點(dian)蝕(shi)坑(keng)受拉(la)伸(shen)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)時(shi)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)和應(ying)(ying)變(bian)的(de)(de)(de)分布情況,結(jie)果(guo)表明:塑性應(ying)(ying)變(bian)出現在(zai)坑(keng)口下面(mian)的(de)(de)(de)壁面(mian),而不(bu)是坑(keng)底。隨(sui)(sui)著外加應(ying)(ying)力(li)(li)(li)的(de)(de)(de)降(jiang)低(di),裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)坑(keng)口的(de)(de)(de)比例(li)增加,當外加應(ying)(ying)力(li)(li)(li)為(wei)50%屈(qu)服強度時(shi),沒有裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)起源于坑(keng)底;
因(yin)(yin)此,Turnbull等認為(wei),在外載(zai)荷下點蝕生(sheng)長引起的(de)(de)動(dong)態塑(su)性應(ying)變(bian)可能(neng)是引起裂(lie)紋(wen)的(de)(de)主要(yao)原因(yin)(yin),同時,他們也(ye)認為(wei)不能(neng)忽(hu)略環境的(de)(de)作用。另外,Acuna等發(fa)現裂(lie)紋(wen)萌(meng)生(sheng)主要(yao)受合應(ying)力(li)的(de)(de)方向和點蝕坑(keng)深徑比的(de)(de)影響。Zhu等通(tong)過對材料(liao)施加超(chao)低彈(dan)性應(ying)力(li)(20MPa),發(fa)現裂(lie)紋(wen)優先在肩(jian)部形核(he)而不是在坑(keng)底,因(yin)(yin)此處(chu)應(ying)力(li)和應(ying)變(bian)較(jiao)大(da)。Turnbull的(de)(de)研究(jiu)把淺坑(keng)等效為(wei)半球(qiu)形、深坑(keng)等效為(wei)子彈(dan)形,這與(yu)實際(ji)的(de)(de)點蝕形貌有一定(ding)的(de)(de)距。但是,他們對傳統的(de)(de)裂(lie)紋(wen)萌(meng)生(sheng)模型(xing)提(ti)出了質疑,這給(gei)了我們很(hen)大(da)的(de)(de)啟示。由于裂(lie)紋(wen)萌(meng)生(sheng)的(de)(de)復雜性,最終(zhong)沒有給(gei)出明(ming)確的(de)(de)裂(lie)紋(wen)萌(meng)生(sheng)新(xin)模型(xing)。
目前(qian),最具代表(biao)性應力(li)(li)(li)腐蝕(shi)裂(lie)紋擴展(zhan)(zhan)速率(lv)(lv)定(ding)(ding)量預測(ce)理(li)論公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi) Ford-Andre-sen公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)FRI公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(也稱為Shoji公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi))。但是(shi)由(you)于這兩個(ge)公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)中(zhong)一些參(can)數(shu)不(bu)易(yi)確定(ding)(ding),很難應用到實(shi)際工程中(zhong)。工程中(zhong)應用比較廣(guang)泛的(de)應力(li)(li)(li)腐蝕(shi)裂(lie)紋擴展(zhan)(zhan)速率(lv)(lv)經驗公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)Clark公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)Paris公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)。Clark公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)確定(ding)(ding)了(le)材料的(de)屈(qu)服強度和(he)環(huan)境(jing)溫度兩個(ge)參(can)數(shu)對裂(lie)紋擴展(zhan)(zhan)速率(lv)(lv)的(de)影響(xiang);Paris公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)建立了(le)應力(li)(li)(li)強度因子和(he)裂(lie)紋擴展(zhan)(zhan)速率(lv)(lv)之間的(de)關系(xi)。以(yi)上公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)考慮(lv)的(de)都是(shi)高溫水環(huan)境(jing),對于氯離子環(huan)境(jing)下應力(li)(li)(li)腐蝕(shi)裂(lie)紋擴展(zhan)(zhan),這些公(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)否(fou)適合,還需(xu)要進一步(bu)的(de)研(yan)究。
4. 隨機特性
參數的(de)(de)不確(que)定性引起對(dui)應(ying)力(li)腐蝕裂(lie)紋的(de)(de)萌生、裂(lie)紋尺寸以(yi)及應(ying)力(li)腐蝕失效分(fen)析結果的(de)(de)隨機性。斷裂(lie)韌度(du)、屈(qu)服強度(du)、缺(que)陷(xian)增長率、初始缺(que)陷(xian)形狀和尺寸分(fen)布以(yi)及載(zai)荷是應(ying)力(li)腐蝕隨機性分(fen)析所涉及的(de)(de)主要隨機變量。
目前(qian),有關應力腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)生、擴(kuo)展(zhan)隨機性的(de)研究(jiu)較(jiao)少(shao)。Turnbull通過(guo)分析實驗(yan)(yan)數據,給出了(le)點蝕轉化為應力腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)可能性的(de)三參數 Weibull分布函(han)數。1996年,Scarf對焊縫處裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)生和擴(kuo)展(zhan)的(de)隨機性進(jin)行了(le)研究(jiu),他認為裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)生服從齊次泊(bo)松過(guo)程(cheng),裂(lie)(lie)紋(wen)生長滿(man)足Weibull分布,他所建立(li)的(de)概率模型屬于經驗(yan)(yan)公式,沒有考慮裂(lie)(lie)紋(wen)產生的(de)物理過(guo)程(cheng)。
應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕失(shi)(shi)效(xiao)的隨機性與(yu)失(shi)(shi)效(xiao)形(xing)(xing)式有關(guan),不(bu)同(tong)的場合(he),應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕失(shi)(shi)效(xiao)有不(bu)同(tong)的形(xing)(xing)式和準則。黃(huang)洪(hong)鐘和馮(feng)蘊雯(wen)等(deng)認(ren)為(wei),當應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)強(qiang)度(du)(du)因子(zi)KI大于應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕臨(lin)界應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)強(qiang)度(du)(du)因子(zi)Kiscc 時(shi)構件就(jiu)發生應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕失(shi)(shi)效(xiao)。應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕失(shi)(shi)效(xiao)更普遍ISCC的形(xing)(xing)式是(shi)(shi)(shi)泄(xie)漏失(shi)(shi)效(xiao)和斷裂(lie)失(shi)(shi)效(xiao)。當裂(lie)紋(wen)穿透壁厚(hou)時(shi)長(chang)度(du)(du)方向(xiang)尺寸(cun)小于裂(lie)紋(wen)失(shi)(shi)穩擴(kuo)展的臨(lin)界長(chang)度(du)(du),此時(shi)只引(yin)起(qi)設備的泄(xie)漏,不(bu)會產生爆破,這種現象也稱為(wei)“未爆先漏(leak before burst,LBB)”[105].從1963年Irwin率先提(ti)出未爆先漏的概念。至今,已形(xing)(xing)成了不(bu)同(tong)形(xing)(xing)式的LBB安(an)全(quan)評(ping)定(ding)準則。其中,1990年,Sharp-les等(deng)提(ti)出的含(han)缺陷(xian)結(jie)構安(an)全(quan)評(ping)定(ding)的LBB評(ping)定(ding)圖技(ji)術(shu)是(shi)(shi)(shi)應(ying)(ying)(ying)用(yong)較方便的、較能(neng)適合(he)工程安(an)全(quan)評(ping)定(ding)的LBB準則,但是(shi)(shi)(shi)目(mu)前該評(ping)定(ding)圖還(huan)只是(shi)(shi)(shi)一種靜(jing)態評(ping)定(ding)。
當裂(lie)(lie)紋長度(du)(du)達(da)到(dao)一定值時,裂(lie)(lie)紋便(bian)失(shi)穩(wen)擴(kuo)展,導致設備應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)。目前,采(cai)(cai)用(yong)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)學(xue)理論(lun)分(fen)(fen)(fen)析(xi)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)問(wen)題已經(jing)很(hen)成熟,同時概(gai)(gai)率(lv)(lv)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)學(xue)可以很(hen)好地解決應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)的(de)隨(sui)機(ji)性。應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)概(gai)(gai)率(lv)(lv)計算中,主要的(de)隨(sui)機(ji)變(bian)(bian)量是材料(liao)(liao)(liao)的(de)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)。1999年,張鈺等(deng)(deng)(deng)把應(ying)力(li)(li)(li)強度(du)(du)因子K1和斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)KIC作為隨(sui)機(ji)變(bian)(bian)量,利(li)用(yong)兩端截尾分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)理論(lun)及應(ying)力(li)(li)(li)-強度(du)(du)干涉模型建立了(le)(le)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)的(de)概(gai)(gai)率(lv)(lv)設計方(fang)法(fa)。材料(liao)(liao)(liao)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)是材料(liao)(liao)(liao)固有的(de)特性值,由于(yu)分(fen)(fen)(fen)散性較大,一般被認為是服從Weibull分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)或(huo)正態(tai)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)的(de)隨(sui)機(ji)變(bian)(bian)量。應(ying)力(li)(li)(li)強度(du)(du)因子的(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)函(han)數(shu)(shu)與(yu)材料(liao)(liao)(liao)屈服強度(du)(du)、裂(lie)(lie)紋形(xing)狀和尺(chi)寸(cun)、應(ying)力(li)(li)(li)等(deng)(deng)(deng)變(bian)(bian)量的(de)隨(sui)機(ji)性有關。2000年,劉敏(min)等(deng)(deng)(deng)通過(guo)分(fen)(fen)(fen)析(xi)實驗(yan)數(shu)(shu)據(ju),給出了(le)(le)小樣本下焊(han)縫金屬(shu)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)JIC概(gai)(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)函(han)數(shu)(shu)的(de)確定方(fang)法(fa),得出SUS316L不銹(xiu)鋼(gang)焊(han)縫金屬(shu)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)度(du)(du)的(de)最(zui)優概(gai)(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)函(han)數(shu)(shu)為Weibull分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu)。2010年,Onizawa等(deng)(deng)(deng)考(kao)慮焊(han)接殘(can)余應(ying)力(li)(li)(li)的(de)分(fen)(fen)(fen)布(bu)(bu)(bu),采(cai)(cai)用(yong)概(gai)(gai)率(lv)(lv)斷(duan)(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)學(xue)分(fen)(fen)(fen)析(xi)方(fang)法(fa)估(gu)算了(le)(le)奧氏體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)管道(dao)應(ying)力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)失(shi)效(xiao)概(gai)(gai)率(lv)(lv)。
2001年,薛(xue)紅軍等采用(yong)(yong)概(gai)(gai)率(lv)有限(xian)元方(fang)法(fa)(fa),計(ji)算了由載荷隨(sui)(sui)機性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)、材(cai)料特性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)隨(sui)(sui)機性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)和裂紋(wen)幾何形狀隨(sui)(sui)機性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)所引起(qi)的(de)(de)應力(li)(li)強度因(yin)子(zi)隨(sui)(sui)機性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)的(de)(de)統計(ji)量(liang),并利(li)用(yong)(yong)一階可靠性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)理(li)論(lun)確定結構脆性(xing)(xing)(xing)(xing)(xing)斷裂的(de)(de)失效概(gai)(gai)率(lv)。2009年,Tohgo等采用(yong)(yong)蒙(meng)特卡(ka)羅(luo)法(fa)(fa)模擬了敏化304不銹鋼光滑表面(mian)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)過程,微(wei)裂紋(wen)的(de)(de)萌生(sheng)(sheng)率(lv)由指數分布的(de)(de)隨(sui)(sui)機數產生(sheng)(sheng),裂紋(wen)萌生(sheng)(sheng)位置和裂紋(wen)尺寸分別(bie)由均勻隨(sui)(sui)機數和正態隨(sui)(sui)機數生(sheng)(sheng)成。祖(zu)新星等利(li)用(yong)(yong)Clark公式計(ji)算了裂紋(wen)擴展速率(lv),采用(yong)(yong)蒙(meng)特卡(ka)羅(luo)方(fang)法(fa)(fa)在抽(chou)樣及單次(ci)時長(chang)計(ji)算基礎上,對一定年限(xian)內轉子(zi)應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)失效的(de)(de)概(gai)(gai)率(lv)進行了預測,并計(ji)算了應力(li)(li)腐(fu)蝕(shi)產生(sheng)(sheng)飛射物的(de)(de)概(gai)(gai)率(lv)。
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。