应力水平对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响

为明确应力水平及暴露时间对2219铝合金腐蚀损伤力学性能的影响,选择在不同应力水平作用下暴露于EXCO腐蚀溶液中,经不同时间加速腐蚀后的2219铝合金试样,开展表面蚀坑深度测量、力学性能测试、拉伸断口形貌观察试验。结果表明,应力水平、暴露时间都是影响试样应力腐蚀损伤发展从而影响材料力学性能变化的重要因素。在腐蚀的初期阶段,即0.0~1.5 h,应力水平因素的影响有限;当暴露时间大于等于2.0 h,应力水平引起的以蚀坑平均深度为表征的腐蚀损伤更加显著。但在试验时间（2.5 h）内,应力水平对腐蚀损伤所产生的影响小于暴露时间,因而对材料力学性能变化的影响也小于暴露时间。腐蚀损伤造成的点蚀坑、微裂纹破坏了材料的连续性,使试样材料的抗拉强度、延伸率、弹性模量等力学性能指标下降,是促使材料在拉伸试验中没有经过充分的塑性变形阶段就发生瞬间断裂的重要原因。深度大的点蚀坑、微裂纹,可能成为断口主裂纹的起源。     

基于人工神经网络模型的油气管线点腐蚀蚀坑深度的预测

作者设计了反向传播人工神经网络模型来预测油气管线点腐蚀蚀坑深度。用"留一法"训练了神经网络模型,使其具有最佳的预测性能。然后用经过训练的模型预测了一些样本的点腐蚀蚀坑深度。用散点图和三个统计学指标—均方误差(MSE)、相对均方误差(MSRE)和拟合分值(VOF)评价了人工神经网络模型的预测性能:散点图显示蚀坑深度的预测值与测试值符合程度较高;均方误差(MSE)值为0.0389mm,相对均方误差(MSRE)值为1.32%,拟合分值(VOF)的值为1.9992。从总体上看,人工神经网络模型具有较高的预测精度。     

点蚀损伤船体板格单轴压缩极限强度

为了能够简单准确地计算服役期内点蚀损伤船体板格的极限强度,选择腐蚀体积为点蚀损伤板的主要评估参数,结合实际船体板格的腐蚀损伤特点,采用有限元数值计算方法,分析点蚀坑形状、有限元单元类型、蚀坑分布和蚀坑深度对板极限强度的影响,以及板的初始柔度、初始变形、长宽比和板边缘线性载荷因子对板极限强度折减因子的影响,并利用回归分析方法,建立了基于腐蚀体积的点蚀损伤船体板格极限强度折减因子的计算公式.结果表明,整套公式的计算结果与有限元计算结果的相对误差仅有极少量在5%,~6%,之间,绝大部分在5%,以内,可用于服役期内点蚀损伤船体板格的安全评估.     

管道高周腐蚀疲劳损伤模型与数值模拟研究

根据疲劳与应力腐蚀损伤的耦合效应,利用非线性累积原理,构建了金属材料的高周疲劳损伤演化模型。以API X65管道钢为研究对象,结合实验确定了腐蚀疲劳损伤演化参数。利用ABAQUS软件二次开发模拟了含不同腐蚀坑形状的管材试样腐蚀的疲劳损伤演化与裂纹萌生过程,探讨了腐蚀疲劳裂纹萌生对腐蚀坑形貌的敏感性。结果表明：腐蚀坑宽度与深度相同时,半椭球型腐蚀坑试样腐蚀疲劳裂纹萌生寿命最长,圆台型与圆锥型次之,矩形体腐蚀坑试样裂纹最先萌生;半椭球体腐蚀坑试样应力腐蚀损伤对总损伤的贡献量始终大于疲劳损伤,而对于其他类型腐蚀坑,腐蚀疲劳裂纹萌生主要源于疲劳损伤的累积。     

随机点蚀对Q460等边角钢抗拉性能的影响

为了揭示点蚀损伤对构件破坏模式和极限承载力的影响机理,完善腐蚀角钢构件的力学性能评估体系,基于腐蚀试验数据和数值模拟,提出针对随机点蚀角钢构件的有限元模型构建方法,研究腐蚀损伤体积、蚀坑尺寸和蚀坑分布位置对Q460点蚀等边角钢构件极限抗拉承载力的影响,并根据其极限抗拉承载力劣化规律,采用非线性回归的方式拟合了点蚀角钢极限抗拉承载力的折减公式.结果表明,随机点蚀角钢的极限抗拉承载力退化整体上与腐蚀损伤体积呈正相关,蚀坑半径和蚀坑分布位置对承载力的影响较小,但蚀坑深度和蚀坑分布范围的影响不容忽视,拟合的点蚀角钢极限抗拉承载力的折减公式较刚度折减法和厚度折减法误差更小,准确度较高,可见其适用于点蚀角钢构件极限抗拉承载力的计算,可以应用到实际工程分析中.     

6063铝合金阳极氧化膜腐蚀性能的正交试验研究

用硫酸直流阳极氧化法对6063铝合金表面进行处理。采用正交试验研究方法探索腐蚀时间、温度和腐蚀液浓度对氧化膜抗蚀性能的影响,运用极差分析法对6063铝合金的腐蚀增重量和最大腐蚀深度进行了分析。结果表明:在铜加速乙酸盐雾环境下,时间对腐蚀的影响最强,温度及盐溶液浓度的影响均较小。合金的阳极氧化膜主要以点蚀为主,在72h、35℃、3%盐溶液浓度条件下,最大蚀坑深度达180.79μm,而原样则是以均匀腐蚀为主,可见与点蚀相比,阳极氧化膜对于均匀腐蚀的改善作用更明显。     

高含硫集气站加热炉出口X52管材点腐蚀特性

对某气田集输系统加热炉出口进行现场挂片腐蚀试验,针对加热炉出口管道的点蚀问题,使用VHX-1000E超景深三维立体显微镜微观分析方法,得到试验样本点蚀形貌;运用概率统计分析方法得到管段点腐蚀分布规律;借助X射线衍射仪分析了点蚀产物.结果表明,试样腐蚀412天后,点蚀的密度较大、深度较深,点蚀深度介于50～150μm,腐蚀表面产物成分主要是S、FeS和FeO,硫沉积是点蚀发生的主要控制因素.该研究成果为高含硫天然气集输管道的腐蚀设计及安全运行提供理论依据.     

复杂环境中结构动力特性的研究

针对复杂环境中飞机结构表面容易形成多种形式的腐蚀损伤,为了探讨各种腐蚀损伤对结构动力特性的影响,采用了有限元方法对航空结构中铝合金板在局部和均匀两种腐蚀损伤情况下的动力特性进行了模拟计算,得到铝合金板在两种不同腐蚀损伤情况下的固有频率大小和应力云图.结果显示,均匀腐蚀造成铝合金板的固有频率显著降低,而局部坑蚀对固有频率影响不大.最后通过对铝合金板上有随机分布不同深度腐蚀坑时进行动力响应分析,发现腐蚀深度对其坑底部的主应力影响比较大,一般随着腐蚀坑的深度增加而增大.     

2B06铝合金腐蚀动力学规律试验研究

根据某海域的环境数据编制了当量加速腐蚀试验谱,运用该当量加速腐蚀试验谱对2B06铝合金材料进行当量加速腐蚀试验,试验结果采用KH-7700三维显微镜进行观测。运用腐蚀深度D、截面积A和无量纲参数Area-Box(AB)等参数作为腐蚀损伤的表征量,通过分析不同当量腐蚀年限下的典型微观腐蚀坑的形貌特征得出腐蚀损伤规律,研究了各表征量的概率分布特性及随腐蚀时间的变化规律。     

管道表面蚀坑-裂纹的应力强度因子分析

针对在役的海底管道遭受腐蚀疲劳损伤时其管道表面出现点蚀坑问题,应力强度因子成为衡量蚀坑向裂纹转变的临界条件之一.断裂力学的腐蚀疲劳寿命分析的基础是腐蚀疲劳裂纹扩展,裂纹的不稳定扩展又由应力强度因子来判别.因此,在腐蚀疲劳破坏中,将点蚀坑和应力强度因子结合起来研究变得尤为重要.基于应力集中是导致裂纹萌生的主导因素,建立了双参数蚀坑模型,合理地解释了腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的现象.在管道内流体压力的作用下,管道外表面轴向I型裂纹在环向应力的作用下成为最为危险的一种裂纹型式.基于线弹性断裂力学,利用ABAQUS软件,在管道内压作用下,采用二维模型,对管道表面的轴向I型蚀坑+裂纹的应力强度因子展开了分析.结果显示,蚀坑对裂纹应力强度因子的取值产生明显影响,可显著降低裂纹扩展的门槛值.进一步采用三维模型,利用扩展有限元法,对影响轴向I型蚀坑-裂纹应力强度因子的蚀坑参数开展了敏感性分析.结果显示,蚀坑参数的不同,对蚀坑-裂纹应力强度因子、裂纹形状因子的影响趋势各异.随着蚀坑参数深径比?、深度d的增大,蚀坑-裂纹应力强度因子的取值也逐渐变大;蚀坑参数深径比?、深度d对形状因子F取值的影响存在一定的区间效应.     

车轮铸钢材料热循环表面氧化特征分析

研究了车轮铸钢在不同温度幅下热疲劳损伤表面及次表层行为．研究发现，表面氧化及剥落现象和氧化物的开裂随循环上限温度的增高而愈加严重；次表层损伤以裂纹为主，附带一些蚀坑．其损伤机理是由于氧化脱碳使铁素体区形成腐蚀坑，腐蚀坑的连接形成微裂纹，热疲劳主裂纹优先通过铁素体区氧化腐蚀坑而向前扩展．     

化学-力学耦合作用下混凝土内钢筋蚀坑的演化及分布规律

基于概率与统计知识,对化学-力学耦合作用下钢筋蚀坑的演化及其分布进行研究.结果表明氯盐侵蚀下钢筋蚀坑的演化可分为3个阶段:微观非稳态点蚀形核、细观亚稳态蚀坑、宏观稳态蚀坑.单一氯盐腐蚀作用下形成的宏观稳态蚀坑深度相对较小,而拉应力的引入将加剧钢筋表面化学/物理性质的不均匀,从而导致宏观稳态蚀坑深度较大.在氯盐及其与拉应...     

桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律

为了研究桥梁缆索高强钢丝均匀腐蚀及点蚀的规律,采用酸性盐雾试验制作了6种共30根不同腐蚀程度的钢丝试件,通过质量分析、三维扫描等手段,研究了腐蚀高强钢丝均匀腐蚀深度、点蚀深度的演变规律.试验结果表明:均匀腐蚀深度随腐蚀时长的变化遵循幂函数规律,均匀腐蚀深度的变异系数随腐蚀时长减小;钢丝的点蚀深度服从正态分布,最大点蚀深度服从极值I型分布.最后,建立了均匀腐蚀深度与最大点蚀深度的预测模型,并运用于具体实桥分析预测中.     

桥梁缆索钢丝裂纹扩展速率预测及疲劳寿命计算

为给桥梁缆索钢丝疲劳性能分析提供简单有效的方法,根据钢丝的微观组织结构和相关试验数据的统计分析结果,建立了钢丝疲劳裂纹扩展速率预测模型,并给出了模型参数的计算方法.通过变载刻痕法在原状钢丝上获取了稳定扩展区的疲劳裂纹扩展速率,预测模型较好地描述了试验获取的数据和文献中近门槛值区域钢丝的疲劳裂纹扩展规律.在此基础上,通过断裂力学方法计算了新钢丝和腐蚀钢丝的疲劳寿命并与试验数据相比较,结果表明:钢丝腐蚀不会对疲劳裂纹扩展速率产生影响,仍可用未腐蚀钢丝的力学性能通过本文方法进行预测,腐蚀钢丝疲劳寿命的变化是由于初始裂纹尺寸发生改变而引起.对于新钢丝和轻微腐蚀钢丝,可采用等效初始裂纹法进行疲劳寿命计算;当钢丝腐蚀较为严重时,疲劳总寿命基本由裂纹扩展寿命构成,初始裂纹尺寸即为真实锈坑深度.鉴于蚀坑深度分布的随机性,宜采用最大蚀坑深度对腐蚀钢丝进行疲劳寿命计算.     

考虑点蚀损伤的锈蚀钢板延性退化

为研究点蚀损伤钢板延性退化机理,采用三维形貌测量技术测得不同锈蚀程度钢板表面点蚀坑几何参数,并通过单调拉伸试验和有限元数值分析研究了点蚀损伤对钢板延性的影响.此外,根据应力三轴度与点蚀坑深度、间距及深径比间的关系,提出了与点蚀坑几何尺寸相关的点蚀损伤钢板等效延性断裂准则.结果表明:表面点蚀坑深度及深径比均随钢板锈蚀程度的增加而线性增长;点蚀坑几何尺寸的增长显著改变了钢板内部应力三轴度的大小和分布,降低了等效塑性断裂应变,加快了颈缩阶段钢板内部裂纹的萌生和扩展,从而导致锈蚀钢板极限伸长率逐渐退化;采用等效延性断裂准则能准确地模拟点蚀损伤导致的钢板延性退化现象.     

含裂纹钢丝在应力腐蚀作用下的力学性能

为了研究含裂纹高强镀锌钢丝在应力腐蚀作用下的受拉力学性能，根据应力腐蚀试验、静力拉伸试验、电镜实验和有限元模拟的研究数据，建立了含裂纹高强钢丝的力学模型，给出了模型参数的计算方法，并对含裂纹钢丝的应力腐蚀机理和静力受拉性能进行了研究.结果表明，在静力拉伸破坏试验中，应力腐蚀下的含裂纹高强镀锌钢丝的决定性破坏因素是裂纹，刻痕的应力集中系数远大于正常腐蚀的蚀坑，钢丝力学性能的变化是由初始裂纹进一步腐蚀而引起的；当钢丝腐蚀较严重时，钢丝力学性能主要由裂纹及其底部蚀坑决定.     

热处理工艺及环境介质对2Cr13钢腐蚀疲劳性能的影响

本文研究了2Cr13钢在正常调质处理与双重处理(见表2)后,在不同介质条件(大气,水溶液,22%Nacl 水溶液)、不同温度(40℃,80℃)、以及不同应力集中系数(K_1=1.74,K_1=3)下对腐蚀疲劳特性的影响。研究表明,在大气中双重处理比普通调质工艺下的腐蚀疲劳强度(N=10~7)提高7%,在80℃,3%Nacl水溶液中,在与正常调质腐蚀疲劳极限(N=10~7)相同的应力水平下,双重处理后的疲劳寿命可提高两倍以上。用扫描电镜观察了疲劳断口,正常调质后2Cr13钢在80℃,Nacl 水溶液中疲劳源多数由点蚀引起,而双重处理后裂纹源却不一定萌生于蚀坑,它属于点蚀与腐蚀疲劳相叠加的不稳定钝化态腐蚀疲劳。双重处理后具有较高的点蚀抗力和良好的韧性是腐蚀疲劳强度提高的主要原因。     

2024铝合金真空氮化膜耐蚀性能研究

在不同温度下,对2024铝合金进行真空氮化处理,再对处理后的铝合金及其对比组试样进行铜加速乙酸盐雾腐蚀试验,以腐蚀失重和最大蚀坑深度表征分析氮化样与原样在盐雾环境中的腐蚀情况。利用电化学极化曲线分析渗氮层的腐蚀行为。结果表明:真空氮化处理能提高2024铝合金的耐腐蚀性能,540℃氮化处理的试样腐蚀失重仅为原样的1/3,而最大蚀坑更是只有原样的约1/5。综合而言,540℃处理的2024合金耐蚀性最好。     

腐蚀后M24高强度螺栓疲劳性能试验

为了探究高强度螺栓腐蚀后的疲劳性能,本文对浸油和无浸油的M24高强度螺栓开展了中性盐雾加速腐蚀试验,对不同腐蚀程度的高强度螺栓分别开展了形貌观察和常幅疲劳试验。结果表明：所有高强度螺栓表面锈层均由内锈层和外锈层组成;腐蚀后螺牙根部存在着蚀坑,浸油和无浸油螺栓腐蚀150天后螺牙根部的蚀坑直径达到1.5mm;随着腐蚀时间的增加螺栓的疲劳寿命逐渐降低,浸油和无浸油螺栓腐蚀150天之后疲劳寿命分别下降了36%和28%;由于浸油螺栓表面的保护层在腐蚀前期被破坏,相同腐蚀时间浸油和无浸油两种螺栓的疲劳寿命相差较小。     

基于Gumbel极值理论的钢绞线腐蚀疲劳寿命预测

目的预测钢绞线的腐蚀疲劳寿命,探究蚀坑深度对其寿命的影响.方法基于Gumbel极值理论,对实测蚀坑数据进行分析,建立蚀坑深度和钢绞线腐蚀寿命之间的回归模型.结果得到了钢绞线腐蚀寿命预测模型,并将其运用于实际的工程算例中,所得结果通过K-S检验和回归分析,说明了该模型的合理性.结论该预测模型的计算较为简便且具有一定精度,弥补了采用繁琐的断裂力学理论直接推算拉索构件寿命的不足.