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(ji)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(ying)響因(yin)素(su)


  奧(ao)氏體不銹鋼最常(chang)見的應力腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂(lie)發生在含氯離子的環境(jing)中(zhong)。除了材(cai)料和受力狀(zhuang)態(tai)之(zhi)外,介質環境(jing)、構件幾何結構以(yi)及流場等是影響應力腐(fu)蝕(shi)的主要因素。


  ①. 氯離子濃度(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. 溫度


    溫(wen)(wen)度(du)(du)是不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂的另一個重要參數(shu),一定溫(wen)(wen)度(du)(du)范(fan)圍內,溫(wen)(wen)度(du)(du)越高(gao)(gao),應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂越容(rong)易。一般認為(wei)奧氏體不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼,在(zai)(zai)室溫(wen)(wen)下較(jiao)少有發生(sheng)(sheng)氯(lv)化(hua)物開(kai)裂的危險(xian)。關矞心等(deng)。對高(gao)(gao)溫(wen)(wen)水中不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)研究發現,250℃是316L不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼發生(sheng)(sheng)應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)開(kai)裂的敏感溫(wen)(wen)度(du)(du)。從經驗上(shang)看,大約(yue)在(zai)(zai)60~70℃,長時間暴(bao)露在(zai)(zai)腐(fu)蝕(shi)環境(jing)中的材料(liao)易發生(sheng)(sheng)氯(lv)化(hua)物開(kai)裂。對于穿晶(jing)型應力(li)(li)(li)腐(fu)蝕(shi)來(lai)說(shuo),溫(wen)(wen)度(du)(du)較(jiao)高(gao)(gao)時,即(ji)使(shi)C1-濃度(du)(du)很低,也會發生(sheng)(sheng)應力(li)(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. 含氧量


   在(zai)中性環境(jing)中有(you)溶解(jie)氧(yang)(yang)或有(you)其他氧(yang)(yang)化劑的(de)存在(zai)是引起應力腐蝕(shi)(shi)破裂(lie)的(de)必要條件。溶液中溶解(jie)氧(yang)(yang)增加,應力腐蝕(shi)(shi)破裂(lie)就(jiu)越容(rong)易。在(zai)完(wan)全缺氧(yang)(yang)的(de)情況下,奧氏體(ti)不銹鋼將不會發生氯化物腐蝕(shi)(shi)斷裂(lie)。氧(yang)(yang)之所以促進應力腐蝕(shi)(shi)的(de)發生尖端裂(lie)紋更(geng)易形(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(yin)素


   不銹鋼應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)一般(ban)由拉(la)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)引(yin)起,包括工(gong)作應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)、溫差應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li),甚(shen)至是腐蝕(shi)產(chan)物(wu)引(yin)起的(de)拉(la)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li),而(er)由殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)造成(cheng)的(de)腐蝕(shi)斷裂(lie)事故占總應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)腐蝕(shi)破(po)裂(lie)事故總和的(de)80%以(yi)上。殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)主(zhu)要來源(yuan)于(yu)加(jia)工(gong)過程(cheng)中由于(yu)焊接(jie)或其(qi)他加(jia)熱(re)、冷卻工(gong)藝而(er)引(yin)起的(de)內(nei)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)(li)。力(li)(li)(li)(li)(li)的(de)主(zhu)要作用是破(po)壞鈍化膜、加(jia)速(su)氯離子的(de)吸附、改變表(biao)面(mian)膜成(cheng)分和結(jie)構、加(jia)速(su)陽極溶解等。


   也有研(yan)(yan)究(jiu)者(zhe)認(ren)為壓應(ying)(ying)力(li)也可(ke)以引起應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)。隨(sui)著(zhu)對(dui)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)研(yan)(yan)究(jiu)的深入(ru),人們發現應(ying)(ying)變速(su)率(lv)才是(shi)真(zhen)正(zheng)控制應(ying)(ying)力(li)腐(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)產生和(he)擴展(zhan)的參數(shu),應(ying)(ying)力(li)的作用在(zai)于促進(jin)應(ying)(ying)變。對(dui)于每種(zhong)材(cai)料-介質(zhi)體(ti)系,都存在(zai)一個臨(lin)界(jie)應(ying)(ying)變速(su)率(lv)值。在(zai)一定應(ying)(ying)變速(su)率(lv)內,單(dan)位面積內萌(meng)生的裂(lie)(lie)紋(wen)數(shu)及裂(lie)(lie)紋(wen)擴展(zhan)平均(jun)速(su)率(lv)隨(sui)應(ying)(ying)變速(su)率(lv)的增大(da)而增大(da)。


⑦. 材料因素


   研究表明,細(xi)晶可以使(shi)裂(lie)紋傳播困難,提高抗應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)斷裂(lie)的(de)(de)能力(li)(li)。奧氏體(ti)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)少(shao)量的(de)(de)δ鐵素體(ti)可以提高抗應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)能力(li)(li),但過多的(de)(de)鐵素體(ti)會引(yin)起選擇性腐蝕(shi)(shi)。不(bu)(bu)銹(xiu)鋼中(zhong)的(de)(de)雜質對應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)影(ying)響也很(hen)大(da),雜質的(de)(de)微(wei)量變化可能會引(yin)起裂(lie)紋的(de)(de)萌生。如(ru),S可以增(zeng)加氯脆的(de)(de)敏感性,MnS可以優先被溶解形成(cheng)(cheng)點蝕(shi)(shi),而氯離子擠入孔核促進(jin)點蝕(shi)(shi)擴展,造成(cheng)(cheng)應(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)(shi)加速。


⑧. 結構與流場


   應力(li)腐(fu)蝕(shi)作為(wei)一種局部腐(fu)蝕(shi),常(chang)常(chang)受設備的幾何形(xing)狀(zhuang)以及流(liu)(liu)體的流(liu)(liu)速、流(liu)(liu)型等影響。例如(ru),在廢熱(re)鍋(guo)爐中(zhong),換(huan)熱(re)管(guan)和(he)管(guan)板之(zhi)間存在微(wei)量的縫隙(xi),縫隙(xi)中(zhong)換(huan)熱(re)管(guan)外壁常(chang)會發(fa)生應力(li)腐(fu)蝕(shi)。Chen等根據廢熱(re)鍋(guo)爐實際運(yun)行情況,通過模擬發(fa)現(xian)氯離子(zi)沉(chen)(chen)積位(wei)(wei)置(zhi)受到(dao)管(guan)路中(zhong)湍流(liu)(liu)量和(he)流(liu)(liu)動狀(zhuang)態的影響,在彎(wan)曲部位(wei)(wei)沉(chen)(chen)積嚴重(zhong);對于變徑管(guan)模型,氯離子(zi)沉(chen)(chen)積主要集中(zhong)在突擴處壁面。



3. 裂紋(wen)萌生和擴展


   對(dui)于應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)萌生位(wei)置,研(yan)(yan)究(jiu)人員(yuan)普遍認為,一(yi)般情(qing)況下,裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)從金屬表面的(de)(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)處(chu)形核并擴(kuo)展(zhan)。1989年,Kondo最早提出(chu)預(yu)測點蝕(shi)(shi)(shi)向腐蝕(shi)(shi)(shi)疲勞(lao)(lao)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)轉化的(de)(de)(de)(de)實質(zhi)性方(fang)法,他把點蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)假設為與(yu)其長(chang)、深(shen)尺(chi)寸相同(tong)的(de)(de)(de)(de)二維半橢圓形表面裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen),認為點蝕(shi)(shi)(shi)向裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)必(bi)須滿足兩個(ge)條(tiao)件:點蝕(shi)(shi)(shi)深(shen)度(du)大(da)于門檻值;裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)生長(chang)速率大(da)于點蝕(shi)(shi)(shi)生長(chang)速率。在(zai)后來的(de)(de)(de)(de)疲勞(lao)(lao)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)產生研(yan)(yan)究(jiu)中,該方(fang)法得(de)到(dao)(dao)了廣泛應(ying)用,并得(de)到(dao)(dao)了進(jin)一(yi)步完善(shan)。然而,把微(wei)小尺(chi)寸的(de)(de)(de)(de)點蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)等效為裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen),此時裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)應(ying)力(li)強度(du)因子(zi)可(ke)能會大(da)于微(wei)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)展(zhan)門檻值。為避(bi)免以上(shang)問題(ti),文(wen)獻。進(jin)一(yi)步研(yan)(yan)究(jiu)了應(ying)力(li)強度(du)因子(zi)準(zhun)(zhun)則(ze),并對(dui)其進(jin)行(xing)了改進(jin)。借鑒(jian)Kondo準(zhun)(zhun)則(ze),2006年,Turnbull等建(jian)立了點蝕(shi)(shi)(shi)轉化為應(ying)力(li)腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)準(zhun)(zhun)則(ze),并根據點蝕(shi)(shi)(shi)生長(chang)率公式(shi)推導(dao)出(chu)裂(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌生時點蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)臨界深(shen)度(du)。


   受觀(guan)測(ce)技(ji)術的影(ying)響,在裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)研(yan)究(jiu)的早期,人們認為裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)于(yu)(yu)(yu)點蝕坑(keng)(keng)底(di)部,并(bing)且(qie)點蝕坑(keng)(keng)要超過(guo)一定深度(du)裂(lie)(lie)紋(wen)才(cai)萌(meng)(meng)生(sheng)。然而(er),隨著觀(guan)測(ce)技(ji)術的發展(zhan),研(yan)究(jiu)人員發現(xian)(xian),實際的裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)情(qing)況(kuang)并(bing)不(bu)(bu)像(xiang)以前推測(ce)的那樣。從21世紀初期開(kai)始,研(yan)究(jiu)人員借助成(cheng)(cheng)像(xiang)技(ji)術加大了對(dui)裂(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)(meng)生(sheng)過(guo)程(cheng)的觀(guan)察(cha)。Turnbull和 Horner等通(tong)過(guo)X射線計算機斷層成(cheng)(cheng)像(xiang)技(ji)術觀(guan)察(cha)到(dao):裂(lie)(lie)紋(wen)主要萌(meng)(meng)生(sheng)于(yu)(yu)(yu)點蝕坑(keng)(keng)開(kai)口(kou)部位或者附近。他們對(dui)于(yu)(yu)(yu)所觀(guan)察(cha)到(dao)的這(zhe)一現(xian)(xian)象,無法從電化(hua)學(xue)角(jiao)度(du)來(lai)解釋,因此試圖從力(li)學(xue)角(jiao)度(du)出發尋(xun)求(qiu)解答。于(yu)(yu)(yu)是,Turnbull等采用(yong)有(you)限元模擬了圓柱形(xing)(xing)試樣表(biao)面(mian)正在生(sheng)長(chang)的半球(qiu)形(xing)(xing)點蝕坑(keng)(keng)受拉伸應(ying)(ying)力(li)時應(ying)(ying)力(li)和應(ying)(ying)變的分布情(qing)況(kuang),結果表(biao)明:塑性應(ying)(ying)變出現(xian)(xian)在坑(keng)(keng)口(kou)下面(mian)的壁面(mian),而(er)不(bu)(bu)是坑(keng)(keng)底(di)。隨著外加應(ying)(ying)力(li)的降(jiang)低(di),裂(lie)(lie)紋(wen)發生(sheng)在坑(keng)(keng)口(kou)的比(bi)例增加,當外加應(ying)(ying)力(li)為50%屈服強度(du)時,沒有(you)裂(lie)(lie)紋(wen)起源于(yu)(yu)(yu)坑(keng)(keng)底(di);


   因此,Turnbull等(deng)(deng)認為,在(zai)(zai)外(wai)載(zai)荷下點(dian)蝕生長引起(qi)的(de)動態(tai)塑性(xing)(xing)應(ying)(ying)變可(ke)能是(shi)引起(qi)裂紋(wen)的(de)主(zhu)要原(yuan)因,同(tong)時,他們也認為不能忽略環境的(de)作用(yong)。另(ling)外(wai),Acuna等(deng)(deng)發現裂紋(wen)萌生主(zhu)要受合應(ying)(ying)力(li)的(de)方向和點(dian)蝕坑(keng)深徑(jing)比的(de)影響(xiang)。Zhu等(deng)(deng)通過(guo)對材料施加(jia)超低彈性(xing)(xing)應(ying)(ying)力(li)(20MPa),發現裂紋(wen)優先(xian)在(zai)(zai)肩部形核(he)而不是(shi)在(zai)(zai)坑(keng)底(di),因此處應(ying)(ying)力(li)和應(ying)(ying)變較大。Turnbull的(de)研究把淺坑(keng)等(deng)(deng)效為半球(qiu)形、深坑(keng)等(deng)(deng)效為子彈形,這(zhe)與實際的(de)點(dian)蝕形貌有一定的(de)距。但是(shi),他們對傳統的(de)裂紋(wen)萌生模型提(ti)出了(le)質(zhi)疑,這(zhe)給(gei)了(le)我們很大的(de)啟示。由于(yu)裂紋(wen)萌生的(de)復雜性(xing)(xing),最(zui)終(zhong)沒(mei)有給(gei)出明確的(de)裂紋(wen)萌生新模型。


   目(mu)前,最(zui)具代表性應力(li)腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)速率定量預測(ce)理論(lun)公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi) Ford-Andre-sen公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)(he)FRI公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)(也稱為Shoji公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi))。但是(shi)由于這兩個公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)中(zhong)一(yi)些參數不易確定,很難應用到實際工程中(zhong)。工程中(zhong)應用比較廣泛的應力(li)腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)速率經驗公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)Clark公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)和(he)(he)Paris公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)。Clark公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)確定了材料的屈服強度(du)和(he)(he)環境溫度(du)兩個參數對(dui)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)速率的影響;Paris公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)建立了應力(li)強度(du)因子和(he)(he)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)速率之間的關系。以上公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)考慮的都是(shi)高(gao)溫水(shui)環境,對(dui)于氯離子環境下應力(li)腐蝕裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan),這些公(gong)(gong)式(shi)(shi)(shi)(shi)是(shi)否(fou)適合,還需要進一(yi)步的研究(jiu)。



4. 隨機特性(xing)


   參數的不確定性引起對應力腐蝕(shi)裂紋的萌(meng)生、裂紋尺寸以及應力腐蝕(shi)失效分(fen)析(xi)結果(guo)的隨(sui)機(ji)性。斷(duan)裂韌度(du)、屈服強度(du)、缺(que)陷增長率、初始缺(que)陷形狀和尺寸分(fen)布以及載(zai)荷是應力腐蝕(shi)隨(sui)機(ji)性分(fen)析(xi)所涉及的主要隨(sui)機(ji)變量。


   目前,有(you)關應(ying)力(li)腐蝕(shi)裂紋萌生(sheng)、擴展(zhan)隨機性(xing)的研究較少(shao)。Turnbull通(tong)過分(fen)析實驗(yan)數(shu)據,給出了點蝕(shi)轉(zhuan)化(hua)為(wei)應(ying)力(li)腐蝕(shi)裂紋可能性(xing)的三(san)參數(shu) Weibull分(fen)布函(han)數(shu)。1996年,Scarf對焊縫(feng)處裂紋萌生(sheng)和(he)擴展(zhan)的隨機性(xing)進行(xing)了研究,他認為(wei)裂紋萌生(sheng)服(fu)從(cong)齊次泊松(song)過程,裂紋生(sheng)長滿足Weibull分(fen)布,他所(suo)建立(li)的概率模(mo)型屬于經驗(yan)公(gong)式,沒有(you)考慮裂紋產生(sheng)的物理過程。


   應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)失(shi)效的(de)(de)(de)隨機性與(yu)失(shi)效形(xing)(xing)(xing)(xing)式有(you)關,不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)場合,應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)失(shi)效有(you)不(bu)(bu)同的(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)(xing)式和(he)準(zhun)則。黃洪(hong)鐘和(he)馮蘊雯等認(ren)為,當應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)強(qiang)度(du)因子(zi)KI大于應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)臨界(jie)(jie)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)強(qiang)度(du)因子(zi)Kiscc 時構件(jian)就發生應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)失(shi)效。應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕(shi)失(shi)效更普(pu)遍ISCC的(de)(de)(de)形(xing)(xing)(xing)(xing)式是(shi)泄(xie)漏(lou)失(shi)效和(he)斷裂失(shi)效。當裂紋穿透壁(bi)厚時長度(du)方向(xiang)尺寸小于裂紋失(shi)穩擴展的(de)(de)(de)臨界(jie)(jie)長度(du),此時只引起設(she)備的(de)(de)(de)泄(xie)漏(lou),不(bu)(bu)會產生爆(bao)破,這種(zhong)現象也(ye)稱為“未爆(bao)先(xian)漏(lou)(leak before burst,LBB)”[105].從1963年Irwin率先(xian)提出(chu)未爆(bao)先(xian)漏(lou)的(de)(de)(de)概念。至(zhi)今(jin),已形(xing)(xing)(xing)(xing)成了不(bu)(bu)同形(xing)(xing)(xing)(xing)式的(de)(de)(de)LBB安全(quan)評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)準(zhun)則。其中(zhong),1990年,Sharp-les等提出(chu)的(de)(de)(de)含(han)缺(que)陷結構安全(quan)評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)LBB評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)圖技術是(shi)應(ying)(ying)(ying)用較方便的(de)(de)(de)、較能適合工程安全(quan)評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)的(de)(de)(de)LBB準(zhun)則,但是(shi)目(mu)前(qian)該評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)圖還只是(shi)一(yi)種(zhong)靜(jing)態評(ping)(ping)(ping)定(ding)(ding)(ding)。


   當(dang)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)長度(du)(du)達到(dao)一定值(zhi)時,裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)便失(shi)(shi)穩擴(kuo)展,導(dao)致設(she)備應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)。目前,采用(yong)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)學理論(lun)分(fen)(fen)析應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)問題(ti)已經很成熟,同時概(gai)(gai)率(lv)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)學可以很好(hao)地解決應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)隨機性。應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)概(gai)(gai)率(lv)計(ji)(ji)算(suan)中,主(zhu)要的(de)(de)隨機變(bian)量(liang)是(shi)材(cai)料的(de)(de)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌度(du)(du)。1999年,張鈺等把(ba)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)強(qiang)(qiang)度(du)(du)因(yin)(yin)子(zi)K1和斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌度(du)(du)KIC作為(wei)隨機變(bian)量(liang),利用(yong)兩端截尾(wei)分(fen)(fen)布(bu)理論(lun)及(ji)應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)-強(qiang)(qiang)度(du)(du)干(gan)涉模(mo)型建立了(le)(le)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌度(du)(du)的(de)(de)概(gai)(gai)率(lv)設(she)計(ji)(ji)方法。材(cai)料斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌度(du)(du)是(shi)材(cai)料固(gu)有的(de)(de)特性值(zhi),由于分(fen)(fen)散(san)性較大(da),一般(ban)被認為(wei)是(shi)服從(cong)Weibull分(fen)(fen)布(bu)或正(zheng)態分(fen)(fen)布(bu)的(de)(de)隨機變(bian)量(liang)。應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)強(qiang)(qiang)度(du)(du)因(yin)(yin)子(zi)的(de)(de)分(fen)(fen)布(bu)函數(shu)(shu)(shu)與材(cai)料屈服強(qiang)(qiang)度(du)(du)、裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)紋(wen)形狀(zhuang)和尺(chi)寸、應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)等變(bian)量(liang)的(de)(de)隨機性有關(guan)。2000年,劉(liu)敏(min)等通過分(fen)(fen)析實驗數(shu)(shu)(shu)據,給(gei)出了(le)(le)小樣(yang)本下焊(han)縫金屬斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌度(du)(du)JIC概(gai)(gai)率(lv)分(fen)(fen)布(bu)函數(shu)(shu)(shu)的(de)(de)確定方法,得出SUS316L不(bu)銹(xiu)鋼焊(han)縫金屬斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)韌度(du)(du)的(de)(de)最優概(gai)(gai)率(lv)分(fen)(fen)布(bu)函數(shu)(shu)(shu)為(wei)Weibull分(fen)(fen)布(bu)。2010年,Onizawa等考慮焊(han)接殘余應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)的(de)(de)分(fen)(fen)布(bu),采用(yong)概(gai)(gai)率(lv)斷(duan)(duan)(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)(lie)力(li)(li)(li)(li)學分(fen)(fen)析方法估(gu)算(suan)了(le)(le)奧(ao)氏體不(bu)銹(xiu)鋼管道應(ying)(ying)力(li)(li)(li)(li)腐(fu)(fu)蝕(shi)失(shi)(shi)效(xiao)概(gai)(gai)率(lv)。


   2001年(nian)(nian),薛(xue)紅軍等采(cai)用概(gai)率(lv)(lv)有限(xian)元方(fang)法,計(ji)(ji)算了由(you)(you)載荷隨(sui)機(ji)(ji)(ji)(ji)性(xing)(xing)、材料特(te)性(xing)(xing)隨(sui)機(ji)(ji)(ji)(ji)性(xing)(xing)和(he)(he)裂紋幾何形狀隨(sui)機(ji)(ji)(ji)(ji)性(xing)(xing)所引起(qi)的(de)應(ying)力(li)(li)強(qiang)度因(yin)子隨(sui)機(ji)(ji)(ji)(ji)性(xing)(xing)的(de)統計(ji)(ji)量,并利用一階可靠性(xing)(xing)理論(lun)確(que)定結(jie)構脆性(xing)(xing)斷裂的(de)失(shi)效概(gai)率(lv)(lv)。2009年(nian)(nian),Tohgo等采(cai)用蒙特(te)卡(ka)羅法模擬了敏(min)化304不銹鋼光滑表面應(ying)力(li)(li)腐蝕過程,微裂紋的(de)萌生(sheng)(sheng)率(lv)(lv)由(you)(you)指數分(fen)布的(de)隨(sui)機(ji)(ji)(ji)(ji)數產生(sheng)(sheng),裂紋萌生(sheng)(sheng)位置和(he)(he)裂紋尺(chi)寸分(fen)別由(you)(you)均(jun)勻隨(sui)機(ji)(ji)(ji)(ji)數和(he)(he)正態隨(sui)機(ji)(ji)(ji)(ji)數生(sheng)(sheng)成(cheng)。祖新星(xing)等利用Clark公式計(ji)(ji)算了裂紋擴展速(su)率(lv)(lv),采(cai)用蒙特(te)卡(ka)羅方(fang)法在(zai)抽樣及單次時(shi)長(chang)計(ji)(ji)算基(ji)礎上,對一定年(nian)(nian)限(xian)內(nei)轉子應(ying)力(li)(li)腐蝕失(shi)效的(de)概(gai)率(lv)(lv)進行了預測(ce),并計(ji)(ji)算了應(ying)力(li)(li)腐蝕產生(sheng)(sheng)飛射(she)物的(de)概(gai)率(lv)(lv)。



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。