海水環(huán)境下高強(qiáng)鋼腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展研究.pdf

1、海洋結(jié)構(gòu)物在海水環(huán)境中遭受著腐蝕和疲勞的雙重耦合作用，其損傷程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單一損傷。隨著深海油氣的開(kāi)發(fā)，高強(qiáng)鋼材料在海洋工程上的需求日漸加速，其腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展作為海洋結(jié)構(gòu)物全壽命周期健康評(píng)估的重要階段始終受學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而由于其機(jī)理復(fù)雜，現(xiàn)象多變，受環(huán)境、載荷、材料、溫度等諸多因素的共同作用，目前沒(méi)有學(xué)術(shù)界認(rèn)可的機(jī)理和可行的工程化評(píng)估方法，因此，從其本質(zhì)出發(fā)，給出腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展新模型尤為重要。腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展速率受應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂影

2、響嚴(yán)重，陽(yáng)極溶解和氫致開(kāi)裂是腐蝕環(huán)境對(duì)裂紋擴(kuò)展加速的兩大本質(zhì)現(xiàn)象。
　　本文從氫致開(kāi)裂的本質(zhì)出發(fā)，首先研究了氫致開(kāi)裂的氫致局部望變理論(HELP)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和經(jīng)驗(yàn)公式以及算例驗(yàn)證，然后通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算裂紋尖端氫濃度分布?？紤]氫擴(kuò)散對(duì)其張力位移法則(TSL)法則參數(shù)的重要影響，采用內(nèi)聚力模型(CZM)，進(jìn)行ABAQUS內(nèi)聚力單元裂紋擴(kuò)展的數(shù)值模擬，得到不同氫濃度下的最大拉伸應(yīng)力降幅比，由于材料在氫擴(kuò)散的影響下，抵抗損傷的能力減弱，從

3、而加速裂尖單元損傷，進(jìn)而提高了裂紋擴(kuò)展速率。同時(shí)，本文考慮了陽(yáng)極溶解在每次循環(huán)載荷作用后裂紋尖端的腐蝕量，將其與氫致開(kāi)裂同時(shí)考慮，基于不同屈服強(qiáng)度的材料，對(duì)兩者的敏感度不同，合理給出了應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的相關(guān)表達(dá)式。最后，本文提出了腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展新模型，考慮純機(jī)械疲勞裂紋擴(kuò)散和應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂兩者的耦合作用，在傳統(tǒng)的Paris疊加模型上，考慮了兩者的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，引入環(huán)境因子的概念，其與應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值和材料的斷裂韌性以及加載頻率等息息相關(guān)。在一定