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
奧氏體不銹(xiu)鋼(gang)最常見的應力(li)腐蝕開(kai)裂發生在含氯離子的環境中。除了材料和(he)受(shou)力(li)狀態之外,介質環境、構件幾何結構以及流(liu)場(chang)等是影響應力(li)腐蝕的主要因素。
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(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. 溫度(du)
溫(wen)度(du)(du)是不(bu)銹(xiu)鋼(gang)應力(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂的(de)(de)另(ling)一個重要參數,一定溫(wen)度(du)(du)范圍內,溫(wen)度(du)(du)越(yue)高(gao)(gao),應力(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂越(yue)容易(yi)。一般認為(wei)奧氏體不(bu)銹(xiu)鋼(gang),在(zai)(zai)(zai)室溫(wen)下較少有發生(sheng)氯(lv)化(hua)物開(kai)裂的(de)(de)危(wei)險。關(guan)矞心等。對高(gao)(gao)溫(wen)水中不(bu)銹(xiu)鋼(gang)應力(li)腐(fu)蝕(shi)研究發現,250℃是316L不(bu)銹(xiu)鋼(gang)發生(sheng)應力(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂的(de)(de)敏感溫(wen)度(du)(du)。從經驗(yan)上看,大約在(zai)(zai)(zai)60~70℃,長時間暴露在(zai)(zai)(zai)腐(fu)蝕(shi)環境中的(de)(de)材(cai)料(liao)易(yi)發生(sheng)氯(lv)化(hua)物開(kai)裂。對于穿晶型應力(li)腐(fu)蝕(shi)來(lai)說,溫(wen)度(du)(du)較高(gao)(gao)時,即(ji)使C1-濃度(du)(du)很低,也會(hui)發生(sheng)應力(li)腐(fu)蝕(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. 含氧量
在中性環境中有(you)(you)溶(rong)解氧或有(you)(you)其他氧化劑的(de)存在是引起應力(li)腐蝕(shi)(shi)破裂的(de)必(bi)要條件。溶(rong)液中溶(rong)解氧增(zeng)加,應力(li)腐蝕(shi)(shi)破裂就越容(rong)易。在完(wan)全缺氧的(de)情(qing)況下,奧氏(shi)體不銹鋼將不會(hui)發生(sheng)氯化物腐蝕(shi)(shi)斷裂。氧之所(suo)以促進應力(li)腐蝕(shi)(shi)的(de)發生(sheng)尖(jian)端(duan)裂紋(wen)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. 應力因素
不銹(xiu)鋼應力(li)腐蝕(shi)一般(ban)由(you)(you)拉(la)應力(li)引起,包括工(gong)作應力(li)、殘(can)余應力(li)、溫(wen)差應力(li),甚至是(shi)腐蝕(shi)產物(wu)引起的(de)拉(la)應力(li),而(er)由(you)(you)殘(can)余應力(li)造成的(de)腐蝕(shi)斷裂事故(gu)占總(zong)(zong)應力(li)腐蝕(shi)破(po)裂事故(gu)總(zong)(zong)和的(de)80%以上。殘(can)余應力(li)主(zhu)要來源(yuan)于(yu)(yu)加工(gong)過(guo)程中由(you)(you)于(yu)(yu)焊接或(huo)其(qi)他加熱、冷卻工(gong)藝而(er)引起的(de)內應力(li)。力(li)的(de)主(zhu)要作用是(shi)破(po)壞鈍化膜、加速氯離子的(de)吸(xi)附、改變表面膜成分和結構、加速陽極溶解等。
也(ye)有研究者認(ren)為壓應(ying)(ying)(ying)力(li)也(ye)可以(yi)引起(qi)應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)。隨著對應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)研究的(de)(de)深入,人們發現應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)(lv)(lv)才是真正控制應(ying)(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)紋產生(sheng)和擴展的(de)(de)參數(shu)(shu),應(ying)(ying)(ying)力(li)的(de)(de)作用在(zai)于(yu)促進(jin)應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)。對于(yu)每種材料-介質體系(xi),都存在(zai)一(yi)個(ge)臨界應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)(lv)(lv)值。在(zai)一(yi)定應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)(lv)(lv)內,單位(wei)面(mian)積內萌生(sheng)的(de)(de)裂(lie)紋數(shu)(shu)及裂(lie)紋擴展平均速率(lv)(lv)(lv)(lv)隨應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)速率(lv)(lv)(lv)(lv)的(de)(de)增(zeng)大(da)而(er)增(zeng)大(da)。
⑦. 材料因素
研究表(biao)明,細晶可(ke)以使裂紋傳播(bo)困難,提高抗(kang)應(ying)力腐蝕(shi)(shi)斷裂的(de)能力。奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼中少(shao)量的(de)δ鐵素體(ti)可(ke)以提高抗(kang)應(ying)力腐蝕(shi)(shi)能力,但過多(duo)的(de)鐵素體(ti)會引起選擇性腐蝕(shi)(shi)。不銹(xiu)鋼中的(de)雜(za)質對應(ying)力腐蝕(shi)(shi)影(ying)響(xiang)也很大,雜(za)質的(de)微量變化可(ke)能會引起裂紋的(de)萌生。如,S可(ke)以增加(jia)氯脆的(de)敏感(gan)性,MnS可(ke)以優先被溶解形成點蝕(shi)(shi),而氯離子擠入孔核(he)促進(jin)點蝕(shi)(shi)擴(kuo)展,造成應(ying)力腐蝕(shi)(shi)加(jia)速。
⑧. 結(jie)構與流(liu)場
應力(li)腐(fu)蝕作(zuo)為一種局部腐(fu)蝕,常(chang)常(chang)受(shou)設備的(de)幾何形狀以及流(liu)體(ti)的(de)流(liu)速、流(liu)型等(deng)影響(xiang)。例如(ru),在廢熱鍋爐中,換熱管(guan)(guan)和管(guan)(guan)板(ban)之間存在微量(liang)的(de)縫(feng)隙,縫(feng)隙中換熱管(guan)(guan)外壁(bi)(bi)常(chang)會發生應力(li)腐(fu)蝕。Chen等(deng)根據廢熱鍋爐實際(ji)運行情況(kuang),通過模(mo)擬發現氯離子(zi)(zi)沉積位(wei)置受(shou)到(dao)管(guan)(guan)路中湍(tuan)流(liu)量(liang)和流(liu)動(dong)狀態的(de)影響(xiang),在彎曲部位(wei)沉積嚴重;對于變徑(jing)管(guan)(guan)模(mo)型,氯離子(zi)(zi)沉積主要集中在突擴處(chu)壁(bi)(bi)面。
3. 裂(lie)紋萌生和擴展
對于(yu)應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)萌生(sheng)位置,研究(jiu)人員普遍(bian)認為,一(yi)(yi)般(ban)情況下,裂(lie)(lie)紋(wen)從金(jin)屬(shu)表(biao)面的(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)處形核并擴(kuo)展。1989年(nian),Kondo最早提出預測點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)向腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)疲勞裂(lie)(lie)紋(wen)轉化(hua)的(de)(de)(de)實質性方(fang)(fang)法,他把點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)假設為與其(qi)長、深(shen)尺寸相同的(de)(de)(de)二維半橢(tuo)圓形表(biao)面裂(lie)(lie)紋(wen),認為點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)向裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展必須滿足兩個條件:點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)(du)大(da)于(yu)門(men)檻(jian)值(zhi);裂(lie)(lie)紋(wen)生(sheng)長速率(lv)大(da)于(yu)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)生(sheng)長速率(lv)。在后來的(de)(de)(de)疲勞裂(lie)(lie)紋(wen)產生(sheng)研究(jiu)中,該(gai)方(fang)(fang)法得到了(le)(le)(le)廣泛應(ying)用,并得到了(le)(le)(le)進一(yi)(yi)步完善。然而(er),把微小(xiao)尺寸的(de)(de)(de)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)等效(xiao)為裂(lie)(lie)紋(wen),此時裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)應(ying)力(li)強度(du)(du)因(yin)子可(ke)能會大(da)于(yu)微裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)擴(kuo)展門(men)檻(jian)值(zhi)。為避免以上(shang)問題,文獻(xian)。進一(yi)(yi)步研究(jiu)了(le)(le)(le)應(ying)力(li)強度(du)(du)因(yin)子準則,并對其(qi)進行(xing)了(le)(le)(le)改進。借鑒Kondo準則,2006年(nian),Turnbull等建立了(le)(le)(le)點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)轉化(hua)為應(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)準則,并根(gen)據點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)生(sheng)長率(lv)公式推導出裂(lie)(lie)紋(wen)萌生(sheng)時點(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)臨界深(shen)度(du)(du)。
受(shou)觀(guan)測技(ji)術的(de)(de)影響,在(zai)裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)研(yan)究的(de)(de)早期,人(ren)們認為裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)于點蝕坑底(di)部,并且點蝕坑要超過(guo)一定深度裂(lie)紋(wen)(wen)才萌生(sheng)(sheng)。然而,隨(sui)著(zhu)觀(guan)測技(ji)術的(de)(de)發(fa)展,研(yan)究人(ren)員(yuan)發(fa)現,實際(ji)的(de)(de)裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)情況并不(bu)像(xiang)以前推測的(de)(de)那樣。從(cong)21世紀初(chu)期開始(shi),研(yan)究人(ren)員(yuan)借(jie)助成(cheng)像(xiang)技(ji)術加大(da)了對裂(lie)紋(wen)(wen)萌生(sheng)(sheng)過(guo)程的(de)(de)觀(guan)察(cha)(cha)。Turnbull和 Horner等(deng)通過(guo)X射線計算(suan)機斷層成(cheng)像(xiang)技(ji)術觀(guan)察(cha)(cha)到(dao)(dao):裂(lie)紋(wen)(wen)主(zhu)要萌生(sheng)(sheng)于點蝕坑開口(kou)部位或者附近(jin)。他們對于所觀(guan)察(cha)(cha)到(dao)(dao)的(de)(de)這一現象,無法從(cong)電化學角度來解(jie)釋,因此(ci)試(shi)圖從(cong)力(li)學角度出發(fa)尋求解(jie)答。于是(shi),Turnbull等(deng)采用有限元模擬了圓柱(zhu)形試(shi)樣表面正在(zai)生(sheng)(sheng)長的(de)(de)半球形點蝕坑受(shou)拉伸應力(li)時(shi)應力(li)和應變的(de)(de)分布情況,結果表明:塑(su)性應變出現在(zai)坑口(kou)下面的(de)(de)壁面,而不(bu)是(shi)坑底(di)。隨(sui)著(zhu)外加應力(li)的(de)(de)降低,裂(lie)紋(wen)(wen)發(fa)生(sheng)(sheng)在(zai)坑口(kou)的(de)(de)比(bi)例增加,當外加應力(li)為50%屈服強度時(shi),沒有裂(lie)紋(wen)(wen)起源于坑底(di);
因(yin)此(ci),Turnbull等認為,在(zai)外載荷下點(dian)(dian)蝕(shi)生(sheng)長引起的(de)(de)(de)動態塑(su)性應變可(ke)能(neng)是引起裂紋的(de)(de)(de)主(zhu)要原因(yin),同時,他(ta)們也認為不能(neng)忽(hu)略(lve)環境的(de)(de)(de)作用。另外,Acuna等發(fa)現裂紋萌生(sheng)主(zhu)要受合應力(li)(li)的(de)(de)(de)方向和(he)點(dian)(dian)蝕(shi)坑深徑比的(de)(de)(de)影響。Zhu等通過對材料施加超(chao)低彈性應力(li)(li)(20MPa),發(fa)現裂紋優(you)先在(zai)肩部形核而不是在(zai)坑底,因(yin)此(ci)處應力(li)(li)和(he)應變較大。Turnbull的(de)(de)(de)研究把淺(qian)坑等效為半球形、深坑等效為子(zi)彈形,這(zhe)與實際的(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)形貌(mao)有一(yi)定(ding)的(de)(de)(de)距。但是,他(ta)們對傳統的(de)(de)(de)裂紋萌生(sheng)模型提出了質疑(yi),這(zhe)給了我們很大的(de)(de)(de)啟示。由于裂紋萌生(sheng)的(de)(de)(de)復雜性,最終沒(mei)有給出明確的(de)(de)(de)裂紋萌生(sheng)新模型。
目前,最(zui)具(ju)代表性應(ying)力腐蝕裂紋(wen)擴(kuo)展(zhan)速(su)率定(ding)量預測理論公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是 Ford-Andre-sen公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)和FRI公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(也稱為Shoji公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi))。但是由(you)于這兩(liang)個(ge)公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)中(zhong)一(yi)些(xie)參數不易確定(ding),很難(nan)應(ying)用到實際工程中(zhong)。工程中(zhong)應(ying)用比較廣泛(fan)的(de)應(ying)力腐蝕裂紋(wen)擴(kuo)展(zhan)速(su)率經驗(yan)公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是Clark公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)和Paris公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)。Clark公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)確定(ding)了材料的(de)屈服強度(du)(du)和環境溫度(du)(du)兩(liang)個(ge)參數對裂紋(wen)擴(kuo)展(zhan)速(su)率的(de)影響;Paris公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)建立(li)了應(ying)力強度(du)(du)因子和裂紋(wen)擴(kuo)展(zhan)速(su)率之間的(de)關系。以(yi)上(shang)公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)考慮(lv)的(de)都(dou)是高溫水環境,對于氯離子環境下應(ying)力腐蝕裂紋(wen)擴(kuo)展(zhan),這些(xie)公(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)是否(fou)適合(he),還需(xu)要進一(yi)步的(de)研究(jiu)。
4. 隨機特性
參數(shu)的(de)(de)不確定性(xing)引起對應(ying)力(li)腐(fu)蝕裂(lie)(lie)紋的(de)(de)萌生、裂(lie)(lie)紋尺寸以及應(ying)力(li)腐(fu)蝕失效分析(xi)結果的(de)(de)隨機性(xing)。斷裂(lie)(lie)韌度(du)、屈服強度(du)、缺陷增(zeng)長率、初(chu)始缺陷形狀和尺寸分布以及載荷(he)是(shi)應(ying)力(li)腐(fu)蝕隨機性(xing)分析(xi)所涉及的(de)(de)主要隨機變量(liang)。
目前,有關應力腐蝕裂紋(wen)萌生、擴(kuo)展隨機(ji)性(xing)的研(yan)究較少。Turnbull通過分(fen)析實驗數(shu)據,給出了(le)點蝕轉化(hua)為應力腐蝕裂紋(wen)可(ke)能性(xing)的三參數(shu) Weibull分(fen)布函數(shu)。1996年,Scarf對焊縫處裂紋(wen)萌生和擴(kuo)展的隨機(ji)性(xing)進行了(le)研(yan)究,他認為裂紋(wen)萌生服從齊(qi)次泊松過程,裂紋(wen)生長(chang)滿足Weibull分(fen)布,他所建立的概率模型屬于經驗公式(shi),沒有考慮裂紋(wen)產生的物理過程。
應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕失(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)隨機性與失(shi)效(xiao)(xiao)形(xing)式(shi)有關(guan),不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)場(chang)合(he),應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕失(shi)效(xiao)(xiao)有不(bu)同(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)和(he)準則。黃洪(hong)鐘和(he)馮(feng)蘊雯等(deng)認為(wei),當應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)強度(du)因子(zi)KI大于(yu)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕臨(lin)界(jie)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)強度(du)因子(zi)Kiscc 時構(gou)件就發(fa)生(sheng)(sheng)應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕失(shi)效(xiao)(xiao)。應(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕失(shi)效(xiao)(xiao)更普遍ISCC的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形(xing)式(shi)是(shi)泄(xie)(xie)漏(lou)失(shi)效(xiao)(xiao)和(he)斷裂(lie)失(shi)效(xiao)(xiao)。當裂(lie)紋(wen)穿透(tou)壁厚(hou)時長(chang)度(du)方(fang)向尺(chi)寸小于(yu)裂(lie)紋(wen)失(shi)穩(wen)擴展的(de)(de)(de)(de)(de)(de)臨(lin)界(jie)長(chang)度(du),此時只引起(qi)設備的(de)(de)(de)(de)(de)(de)泄(xie)(xie)漏(lou),不(bu)會產生(sheng)(sheng)爆(bao)(bao)破(po),這(zhe)種現象也稱(cheng)為(wei)“未爆(bao)(bao)先(xian)漏(lou)(leak before burst,LBB)”[105].從1963年(nian)Irwin率先(xian)提(ti)出(chu)(chu)未爆(bao)(bao)先(xian)漏(lou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)概念(nian)。至今,已形(xing)成(cheng)了(le)不(bu)同(tong)(tong)形(xing)式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)LBB安全評(ping)(ping)(ping)定準則。其中,1990年(nian),Sharp-les等(deng)提(ti)出(chu)(chu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)含缺陷結構(gou)安全評(ping)(ping)(ping)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)LBB評(ping)(ping)(ping)定圖技術(shu)是(shi)應(ying)(ying)(ying)(ying)用較方(fang)便的(de)(de)(de)(de)(de)(de)、較能適(shi)合(he)工(gong)程(cheng)安全評(ping)(ping)(ping)定的(de)(de)(de)(de)(de)(de)LBB準則,但是(shi)目前(qian)該(gai)評(ping)(ping)(ping)定圖還只是(shi)一種靜態評(ping)(ping)(ping)定。
當裂(lie)(lie)紋長度(du)達到一定值時,裂(lie)(lie)紋便失(shi)穩擴展,導致設(she)備應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)(xiao)。目前(qian),采(cai)用(yong)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)理論分(fen)(fen)析(xi)(xi)應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)(xiao)問題已經很成熟(shu),同時概(gai)率(lv)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)可以很好地解決應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)(xiao)的(de)(de)(de)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)(ji)性(xing)(xing)。應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)失(shi)效(xiao)(xiao)概(gai)率(lv)計(ji)算中,主要的(de)(de)(de)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)(ji)變(bian)量是(shi)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌度(du)。1999年(nian),張鈺等把應力(li)(li)(li)(li)(li)強(qiang)度(du)因子K1和斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌度(du)KIC作為(wei)(wei)(wei)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)(ji)變(bian)量,利(li)用(yong)兩端(duan)截尾分(fen)(fen)布(bu)理論及應力(li)(li)(li)(li)(li)-強(qiang)度(du)干涉模型建立了(le)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌度(du)的(de)(de)(de)概(gai)率(lv)設(she)計(ji)方法(fa)(fa)。材(cai)料(liao)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌度(du)是(shi)材(cai)料(liao)固有的(de)(de)(de)特性(xing)(xing)值,由于(yu)分(fen)(fen)散(san)性(xing)(xing)較(jiao)大,一般被認為(wei)(wei)(wei)是(shi)服從Weibull分(fen)(fen)布(bu)或正態(tai)分(fen)(fen)布(bu)的(de)(de)(de)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)(ji)變(bian)量。應力(li)(li)(li)(li)(li)強(qiang)度(du)因子的(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)函數與材(cai)料(liao)屈服強(qiang)度(du)、裂(lie)(lie)紋形狀和尺寸(cun)、應力(li)(li)(li)(li)(li)等變(bian)量的(de)(de)(de)隨(sui)(sui)(sui)機(ji)(ji)性(xing)(xing)有關。2000年(nian),劉敏(min)等通過分(fen)(fen)析(xi)(xi)實驗數據(ju),給出了(le)小樣本下(xia)焊(han)縫金(jin)屬斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌度(du)JIC概(gai)率(lv)分(fen)(fen)布(bu)函數的(de)(de)(de)確定方法(fa)(fa),得出SUS316L不(bu)(bu)銹鋼焊(han)縫金(jin)屬斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)韌度(du)的(de)(de)(de)最優概(gai)率(lv)分(fen)(fen)布(bu)函數為(wei)(wei)(wei)Weibull分(fen)(fen)布(bu)。2010年(nian),Onizawa等考慮焊(han)接殘余(yu)應力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)(de)(de)分(fen)(fen)布(bu),采(cai)用(yong)概(gai)率(lv)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)(li)學(xue)分(fen)(fen)析(xi)(xi)方法(fa)(fa)估算了(le)奧氏體不(bu)(bu)銹鋼管道應力(li)(li)(li)(li)(li)腐(fu)蝕失(shi)效(xiao)(xiao)概(gai)率(lv)。
2001年(nian),薛(xue)紅軍等采用(yong)概(gai)率有限元方(fang)法,計(ji)算了由(you)載荷隨(sui)(sui)機性、材料特性隨(sui)(sui)機性和(he)裂(lie)紋幾何形狀隨(sui)(sui)機性所引(yin)起(qi)的(de)應(ying)(ying)力(li)強(qiang)度因子(zi)隨(sui)(sui)機性的(de)統計(ji)量,并利(li)用(yong)一階可靠(kao)性理論確定(ding)結構脆性斷(duan)裂(lie)的(de)失效(xiao)(xiao)概(gai)率。2009年(nian),Tohgo等采用(yong)蒙(meng)特卡羅法模擬(ni)了敏化304不銹鋼光(guang)滑表(biao)面(mian)應(ying)(ying)力(li)腐蝕過程,微裂(lie)紋的(de)萌生(sheng)率由(you)指(zhi)數分(fen)布的(de)隨(sui)(sui)機數產生(sheng),裂(lie)紋萌生(sheng)位置和(he)裂(lie)紋尺寸(cun)分(fen)別由(you)均勻隨(sui)(sui)機數和(he)正態隨(sui)(sui)機數生(sheng)成。祖(zu)新星等利(li)用(yong)Clark公式計(ji)算了裂(lie)紋擴展速(su)率,采用(yong)蒙(meng)特卡羅方(fang)法在抽樣及單次時長計(ji)算基(ji)礎上(shang),對(dui)一定(ding)年(nian)限內(nei)轉子(zi)應(ying)(ying)力(li)腐蝕失效(xiao)(xiao)的(de)概(gai)率進行了預測,并計(ji)算了應(ying)(ying)力(li)腐蝕產生(sheng)飛(fei)射物的(de)概(gai)率。
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(gang)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。

