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. 影響因(yin)素


  奧氏體不銹鋼(gang)最常見的(de)應(ying)力(li)腐蝕開裂發生在(zai)含(han)氯離子的(de)環境(jing)中(zhong)。除了材料和受力(li)狀(zhuang)態之(zhi)外,介質環境(jing)、構件幾(ji)何結構以及流場等是影響應(ying)力(li)腐蝕的(de)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(bu)銹(xiu)鋼(gang)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)(wen)度(du)(du)(du)是(shi)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)開裂(lie)的另一(yi)(yi)個重要參數,一(yi)(yi)定溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)范圍內,溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)越(yue)高(gao)(gao),應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)開裂(lie)越(yue)容易。一(yi)(yi)般認(ren)為奧(ao)氏體不(bu)(bu)銹(xiu)鋼,在室溫(wen)(wen)下(xia)較(jiao)(jiao)少有(you)發(fa)生(sheng)氯(lv)化物開裂(lie)的危險(xian)。關矞心等。對(dui)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)水中(zhong)不(bu)(bu)銹(xiu)鋼應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)研究發(fa)現,250℃是(shi)316L不(bu)(bu)銹(xiu)鋼發(fa)生(sheng)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)開裂(lie)的敏感溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)。從經驗上看,大約在60~70℃,長時間暴露在腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)環境中(zhong)的材(cai)料易發(fa)生(sheng)氯(lv)化物開裂(lie)。對(dui)于(yu)穿(chuan)晶型應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(shi)來(lai)說,溫(wen)(wen)度(du)(du)(du)較(jiao)(jiao)高(gao)(gao)時,即使C1-濃(nong)度(du)(du)(du)很低(di),也會(hui)發(fa)生(sheng)應(ying)力腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)(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(yang)量


   在(zai)中(zhong)(zhong)性環境(jing)中(zhong)(zhong)有溶解氧(yang)或有其他(ta)氧(yang)化(hua)劑的(de)存在(zai)是引起應(ying)(ying)力腐蝕(shi)破裂的(de)必(bi)要(yao)條件。溶液中(zhong)(zhong)溶解氧(yang)增加,應(ying)(ying)力腐蝕(shi)破裂就(jiu)越(yue)容易(yi)。在(zai)完全缺氧(yang)的(de)情況下,奧氏體(ti)不銹鋼(gang)將不會發生氯化(hua)物腐蝕(shi)斷裂。氧(yang)之(zhi)所(suo)以促進應(ying)(ying)力腐蝕(shi)的(de)發生尖端(duan)裂紋更易(yi)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(ying)力因素


   不(bu)銹鋼應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕一般由拉(la)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)引起,包括工(gong)作(zuo)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)、殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)、溫差應(ying)(ying)(ying)力(li)(li),甚(shen)至是(shi)(shi)腐蝕產物引起的拉(la)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li),而(er)由殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)造成的腐蝕斷裂(lie)事(shi)故占總應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)腐蝕破(po)裂(lie)事(shi)故總和的80%以(yi)上(shang)。殘余(yu)應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)主要來源于加(jia)工(gong)過(guo)程中由于焊接(jie)或其他加(jia)熱、冷卻(que)工(gong)藝而(er)引起的內應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)。力(li)(li)的主要作(zuo)用(yong)是(shi)(shi)破(po)壞鈍化膜、加(jia)速氯離子(zi)的吸附、改變表面膜成分和結構(gou)、加(jia)速陽極溶解等。


   也有研究者認為壓應(ying)力(li)也可以引起應(ying)力(li)腐蝕(shi)。隨著對應(ying)力(li)腐蝕(shi)研究的(de)深入,人(ren)們發現應(ying)變(bian)(bian)速(su)率(lv)(lv)才(cai)是真(zhen)正控制應(ying)力(li)腐蝕(shi)裂紋產生和(he)擴(kuo)(kuo)展的(de)參數,應(ying)力(li)的(de)作用在(zai)于促進(jin)應(ying)變(bian)(bian)。對于每種(zhong)材料-介(jie)質體系,都(dou)存在(zai)一(yi)個臨界應(ying)變(bian)(bian)速(su)率(lv)(lv)值。在(zai)一(yi)定應(ying)變(bian)(bian)速(su)率(lv)(lv)內,單位面積內萌生的(de)裂紋數及裂紋擴(kuo)(kuo)展平(ping)均速(su)率(lv)(lv)隨應(ying)變(bian)(bian)速(su)率(lv)(lv)的(de)增(zeng)大而增(zeng)大。


⑦. 材料因(yin)素


   研究表明,細晶可以(yi)使裂(lie)紋傳播(bo)困(kun)難,提(ti)高(gao)抗應力(li)(li)(li)腐蝕(shi)斷裂(lie)的能力(li)(li)(li)。奧氏(shi)體不銹鋼中少量的δ鐵素體可以(yi)提(ti)高(gao)抗應力(li)(li)(li)腐蝕(shi)能力(li)(li)(li),但過多的鐵素體會引起選擇性腐蝕(shi)。不銹鋼中的雜質(zhi)對應力(li)(li)(li)腐蝕(shi)影響(xiang)也(ye)很大,雜質(zhi)的微量變化可能會引起裂(lie)紋的萌生(sheng)。如(ru),S可以(yi)增加氯(lv)脆的敏(min)感性,MnS可以(yi)優先被(bei)溶解形成(cheng)點蝕(shi),而氯(lv)離子擠入孔核促進點蝕(shi)擴展,造(zao)成(cheng)應力(li)(li)(li)腐蝕(shi)加速。


⑧. 結構與流場


   應(ying)力腐蝕作為一種局部腐蝕,常常受設備的(de)幾何形狀(zhuang)以及流體的(de)流速、流型等影(ying)響(xiang)。例如,在(zai)廢(fei)熱(re)鍋爐(lu)(lu)中(zhong),換熱(re)管和管板之間(jian)存在(zai)微(wei)量(liang)的(de)縫(feng)隙(xi)(xi),縫(feng)隙(xi)(xi)中(zhong)換熱(re)管外壁常會發生應(ying)力腐蝕。Chen等根據廢(fei)熱(re)鍋爐(lu)(lu)實(shi)際運行情況,通過模(mo)擬發現氯(lv)離子沉(chen)積(ji)(ji)位(wei)置(zhi)受到管路中(zhong)湍流量(liang)和流動狀(zhuang)態(tai)的(de)影(ying)響(xiang),在(zai)彎曲(qu)部位(wei)沉(chen)積(ji)(ji)嚴(yan)重;對于(yu)變徑(jing)管模(mo)型,氯(lv)離子沉(chen)積(ji)(ji)主要集(ji)中(zhong)在(zai)突擴處壁面。



3. 裂紋萌(meng)生和擴展


   對(dui)于應力腐蝕(shi)(shi)(shi)裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)萌生位置(zhi),研究人員普遍認為(wei)(wei),一般情況下,裂(lie)紋(wen)(wen)從金(jin)屬表面的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)(keng)處形核(he)并擴(kuo)展(zhan)。1989年(nian),Kondo最早(zao)提出預測點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)向腐蝕(shi)(shi)(shi)疲勞(lao)裂(lie)紋(wen)(wen)轉化的(de)(de)(de)(de)實(shi)質性方法(fa),他把(ba)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)(keng)假(jia)設為(wei)(wei)與其長、深尺(chi)寸(cun)相同的(de)(de)(de)(de)二維半橢圓形表面裂(lie)紋(wen)(wen),認為(wei)(wei)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)向裂(lie)紋(wen)(wen)擴(kuo)展(zhan)必須滿足(zu)兩個條件:點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)深度(du)大于門檻值(zhi);裂(lie)紋(wen)(wen)生長速率(lv)大于點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)生長速率(lv)。在(zai)后(hou)來(lai)的(de)(de)(de)(de)疲勞(lao)裂(lie)紋(wen)(wen)產生研究中,該方法(fa)得到了(le)(le)廣泛應用,并得到了(le)(le)進(jin)(jin)一步完善。然而,把(ba)微小(xiao)尺(chi)寸(cun)的(de)(de)(de)(de)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)(keng)等(deng)效(xiao)為(wei)(wei)裂(lie)紋(wen)(wen),此時裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)應力強(qiang)度(du)因(yin)(yin)子(zi)可(ke)能會大于微裂(lie)紋(wen)(wen)的(de)(de)(de)(de)擴(kuo)展(zhan)門檻值(zhi)。為(wei)(wei)避免以上問題,文獻。進(jin)(jin)一步研究了(le)(le)應力強(qiang)度(du)因(yin)(yin)子(zi)準則(ze),并對(dui)其進(jin)(jin)行了(le)(le)改進(jin)(jin)。借鑒Kondo準則(ze),2006年(nian),Turnbull等(deng)建(jian)立了(le)(le)點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)轉化為(wei)(wei)應力腐蝕(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)(de)準則(ze),并根據點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)生長率(lv)公式推導出裂(lie)紋(wen)(wen)萌生時點(dian)(dian)蝕(shi)(shi)(shi)坑(keng)(keng)臨界深度(du)。


   受觀(guan)測技(ji)(ji)術的(de)(de)影(ying)響,在裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)的(de)(de)早(zao)期,人(ren)(ren)們認為(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生于點(dian)蝕坑(keng)(keng)(keng)(keng)底部,并(bing)且點(dian)蝕坑(keng)(keng)(keng)(keng)要(yao)超過一(yi)定深度裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)才(cai)萌(meng)(meng)生。然而,隨著觀(guan)測技(ji)(ji)術的(de)(de)發(fa)(fa)展,研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)人(ren)(ren)員發(fa)(fa)現,實際的(de)(de)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生情(qing)況并(bing)不像(xiang)以前推測的(de)(de)那(nei)樣。從21世(shi)紀初期開始,研(yan)(yan)究(jiu)(jiu)人(ren)(ren)員借助成(cheng)(cheng)像(xiang)技(ji)(ji)術加(jia)大了(le)對(dui)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)萌(meng)(meng)生過程的(de)(de)觀(guan)察。Turnbull和 Horner等(deng)通過X射線計算機斷層成(cheng)(cheng)像(xiang)技(ji)(ji)術觀(guan)察到(dao):裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)主要(yao)萌(meng)(meng)生于點(dian)蝕坑(keng)(keng)(keng)(keng)開口部位(wei)或者(zhe)附近。他們對(dui)于所(suo)觀(guan)察到(dao)的(de)(de)這一(yi)現象(xiang),無法從電(dian)化學角度來解(jie)釋,因此試圖從力(li)學角度出發(fa)(fa)尋求解(jie)答。于是,Turnbull等(deng)采用有限元模(mo)擬了(le)圓(yuan)柱(zhu)形(xing)試樣表(biao)面正在生長的(de)(de)半球(qiu)形(xing)點(dian)蝕坑(keng)(keng)(keng)(keng)受拉伸應(ying)(ying)力(li)時應(ying)(ying)力(li)和應(ying)(ying)變(bian)的(de)(de)分布(bu)情(qing)況,結(jie)果表(biao)明:塑性應(ying)(ying)變(bian)出現在坑(keng)(keng)(keng)(keng)口下面的(de)(de)壁面,而不是坑(keng)(keng)(keng)(keng)底。隨著外加(jia)應(ying)(ying)力(li)的(de)(de)降低,裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)發(fa)(fa)生在坑(keng)(keng)(keng)(keng)口的(de)(de)比例增加(jia),當外加(jia)應(ying)(ying)力(li)為(wei)50%屈服強度時,沒有裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)起(qi)源于坑(keng)(keng)(keng)(keng)底;


   因此,Turnbull等認(ren)為,在(zai)外(wai)載荷下點(dian)蝕生(sheng)(sheng)長引起(qi)的(de)(de)(de)(de)動態塑性(xing)應(ying)變(bian)可(ke)能(neng)是(shi)引起(qi)裂(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)(de)(de)主要(yao)原因,同時,他們也認(ren)為不能(neng)忽略環境(jing)的(de)(de)(de)(de)作用。另外(wai),Acuna等發(fa)(fa)現(xian)裂(lie)(lie)紋(wen)萌生(sheng)(sheng)主要(yao)受(shou)合應(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)方向和點(dian)蝕坑(keng)深徑比的(de)(de)(de)(de)影響。Zhu等通過對(dui)材(cai)料施加超低彈(dan)(dan)性(xing)應(ying)力(li)(20MPa),發(fa)(fa)現(xian)裂(lie)(lie)紋(wen)優(you)先(xian)在(zai)肩部形核而(er)不是(shi)在(zai)坑(keng)底,因此處應(ying)力(li)和應(ying)變(bian)較大。Turnbull的(de)(de)(de)(de)研究把(ba)淺(qian)坑(keng)等效(xiao)為半球(qiu)形、深坑(keng)等效(xiao)為子彈(dan)(dan)形,這與實際的(de)(de)(de)(de)點(dian)蝕形貌有(you)一定的(de)(de)(de)(de)距。但是(shi),他們對(dui)傳統的(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)紋(wen)萌生(sheng)(sheng)模型提出(chu)了(le)質疑,這給(gei)了(le)我們很(hen)大的(de)(de)(de)(de)啟示。由于裂(lie)(lie)紋(wen)萌生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)復雜性(xing),最(zui)終沒有(you)給(gei)出(chu)明確的(de)(de)(de)(de)裂(lie)(lie)紋(wen)萌生(sheng)(sheng)新模型。


   目前(qian),最具代表性應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展速(su)率定量預測理論公式(shi)是(shi)(shi)(shi) Ford-Andre-sen公式(shi)和FRI公式(shi)(也稱(cheng)為Shoji公式(shi))。但是(shi)(shi)(shi)由于這兩個公式(shi)中(zhong)(zhong)一些(xie)(xie)參數不易確(que)(que)定,很難(nan)應(ying)(ying)用到實際工(gong)程中(zhong)(zhong)。工(gong)程中(zhong)(zhong)應(ying)(ying)用比較廣(guang)泛的(de)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展速(su)率經驗公式(shi)是(shi)(shi)(shi)Clark公式(shi)和Paris公式(shi)。Clark公式(shi)確(que)(que)定了材料的(de)屈服強(qiang)度和環(huan)(huan)境(jing)溫(wen)度兩個參數對裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展速(su)率的(de)影響;Paris公式(shi)建立(li)了應(ying)(ying)力(li)強(qiang)度因(yin)子和裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展速(su)率之間(jian)的(de)關(guan)系。以上公式(shi)考慮的(de)都是(shi)(shi)(shi)高(gao)溫(wen)水環(huan)(huan)境(jing),對于氯離子環(huan)(huan)境(jing)下(xia)應(ying)(ying)力(li)腐蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)擴(kuo)展,這些(xie)(xie)公式(shi)是(shi)(shi)(shi)否適合,還(huan)需要進一步的(de)研究。



4. 隨(sui)機(ji)特性


   參數的不確定性引起對應力腐蝕裂(lie)紋(wen)的萌生、裂(lie)紋(wen)尺寸以及(ji)應力腐蝕失效分(fen)析結果的隨(sui)(sui)(sui)機(ji)性。斷裂(lie)韌度、屈服強度、缺陷(xian)增長率、初(chu)始缺陷(xian)形(xing)狀和尺寸分(fen)布以及(ji)載荷是應力腐蝕隨(sui)(sui)(sui)機(ji)性分(fen)析所涉及(ji)的主要隨(sui)(sui)(sui)機(ji)變量。


   目前(qian),有(you)關應力(li)腐蝕裂(lie)(lie)紋萌生(sheng)、擴展(zhan)隨(sui)機性(xing)的研(yan)究(jiu)較少(shao)。Turnbull通過分析實驗(yan)(yan)數(shu)據,給出了點蝕轉化為應力(li)腐蝕裂(lie)(lie)紋可能性(xing)的三參數(shu) Weibull分布函數(shu)。1996年,Scarf對焊縫處裂(lie)(lie)紋萌生(sheng)和(he)擴展(zhan)的隨(sui)機性(xing)進行了研(yan)究(jiu),他認為裂(lie)(lie)紋萌生(sheng)服(fu)從(cong)齊次泊(bo)松過程(cheng),裂(lie)(lie)紋生(sheng)長(chang)滿(man)足Weibull分布,他所建立的概率模(mo)型屬于經驗(yan)(yan)公式,沒(mei)有(you)考慮裂(lie)(lie)紋產(chan)生(sheng)的物理過程(cheng)。


   應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕失(shi)效的(de)(de)隨機(ji)性與(yu)失(shi)效形(xing)式有關,不同(tong)的(de)(de)場合,應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕失(shi)效有不同(tong)的(de)(de)形(xing)式和準則。黃(huang)洪鐘和馮蘊(yun)雯等認為,當應(ying)(ying)力(li)強度(du)(du)因(yin)子KI大于(yu)應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕臨界應(ying)(ying)力(li)強度(du)(du)因(yin)子Kiscc 時構(gou)件就(jiu)發(fa)生應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕失(shi)效。應(ying)(ying)力(li)腐(fu)(fu)蝕失(shi)效更普遍ISCC的(de)(de)形(xing)式是泄漏失(shi)效和斷裂(lie)失(shi)效。當裂(lie)紋穿透(tou)壁厚時長(chang)度(du)(du)方(fang)向尺寸小于(yu)裂(lie)紋失(shi)穩擴展的(de)(de)臨界長(chang)度(du)(du),此時只引起設(she)備的(de)(de)泄漏,不會產(chan)生爆破(po),這種(zhong)現(xian)象也(ye)稱為“未爆先(xian)漏(leak before burst,LBB)”[105].從1963年Irwin率(lv)先(xian)提出未爆先(xian)漏的(de)(de)概念。至今,已形(xing)成了不同(tong)形(xing)式的(de)(de)LBB安(an)(an)全評(ping)(ping)(ping)定(ding)準則。其中(zhong),1990年,Sharp-les等提出的(de)(de)含缺(que)陷結構(gou)安(an)(an)全評(ping)(ping)(ping)定(ding)的(de)(de)LBB評(ping)(ping)(ping)定(ding)圖技術是應(ying)(ying)用較方(fang)便的(de)(de)、較能適合工程安(an)(an)全評(ping)(ping)(ping)定(ding)的(de)(de)LBB準則,但(dan)是目(mu)前該(gai)評(ping)(ping)(ping)定(ding)圖還(huan)只是一種(zhong)靜(jing)態評(ping)(ping)(ping)定(ding)。


   當(dang)裂(lie)(lie)紋(wen)長度(du)(du)(du)達到一(yi)定值時,裂(lie)(lie)紋(wen)便失(shi)(shi)穩擴展,導致(zhi)設(she)備應(ying)力(li)腐蝕斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)。目前,采用斷(duan)裂(lie)(lie)力(li)學(xue)理論分(fen)(fen)析應(ying)力(li)腐蝕斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)問(wen)題已經(jing)很成熟,同時概(gai)率(lv)(lv)斷(duan)裂(lie)(lie)力(li)學(xue)可以很好(hao)地解決應(ying)力(li)腐蝕斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)的(de)(de)(de)(de)(de)隨機(ji)(ji)性(xing)。應(ying)力(li)腐蝕斷(duan)裂(lie)(lie)失(shi)(shi)效(xiao)概(gai)率(lv)(lv)計(ji)算中,主要的(de)(de)(de)(de)(de)隨機(ji)(ji)變量是(shi)材(cai)料的(de)(de)(de)(de)(de)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)。1999年,張鈺(yu)等把應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du)(du)因(yin)子(zi)K1和(he)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)KIC作為(wei)隨機(ji)(ji)變量,利(li)用兩端截尾分(fen)(fen)布理論及應(ying)力(li)-強(qiang)度(du)(du)(du)干涉(she)模型(xing)建立了斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)概(gai)率(lv)(lv)設(she)計(ji)方法(fa)。材(cai)料斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)是(shi)材(cai)料固有的(de)(de)(de)(de)(de)特性(xing)值,由于(yu)分(fen)(fen)散性(xing)較大(da),一(yi)般被認為(wei)是(shi)服從Weibull分(fen)(fen)布或(huo)正態分(fen)(fen)布的(de)(de)(de)(de)(de)隨機(ji)(ji)變量。應(ying)力(li)強(qiang)度(du)(du)(du)因(yin)子(zi)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布函(han)數(shu)與材(cai)料屈服強(qiang)度(du)(du)(du)、裂(lie)(lie)紋(wen)形狀(zhuang)和(he)尺寸(cun)、應(ying)力(li)等變量的(de)(de)(de)(de)(de)隨機(ji)(ji)性(xing)有關(guan)。2000年,劉敏等通過(guo)分(fen)(fen)析實(shi)驗數(shu)據,給(gei)出(chu)了小樣本下(xia)焊縫金(jin)屬(shu)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)JIC概(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)布函(han)數(shu)的(de)(de)(de)(de)(de)確定方法(fa),得出(chu)SUS316L不(bu)銹鋼焊縫金(jin)屬(shu)斷(duan)裂(lie)(lie)韌(ren)(ren)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)最優(you)概(gai)率(lv)(lv)分(fen)(fen)布函(han)數(shu)為(wei)Weibull分(fen)(fen)布。2010年,Onizawa等考慮(lv)焊接殘余應(ying)力(li)的(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)(fen)布,采用概(gai)率(lv)(lv)斷(duan)裂(lie)(lie)力(li)學(xue)分(fen)(fen)析方法(fa)估算了奧(ao)氏體不(bu)銹鋼管道(dao)應(ying)力(li)腐蝕失(shi)(shi)效(xiao)概(gai)率(lv)(lv)。


   2001年,薛紅(hong)軍等采用(yong)概率(lv)有限元方(fang)法,計(ji)算(suan)了(le)(le)由(you)載荷隨(sui)(sui)機性(xing)、材料特性(xing)隨(sui)(sui)機性(xing)和(he)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)幾何形狀隨(sui)(sui)機性(xing)所引起的(de)(de)應力強度因子隨(sui)(sui)機性(xing)的(de)(de)統計(ji)量,并(bing)利(li)用(yong)一(yi)(yi)階可(ke)靠(kao)性(xing)理論確定結構脆(cui)性(xing)斷裂(lie)(lie)(lie)的(de)(de)失(shi)效概率(lv)。2009年,Tohgo等采用(yong)蒙(meng)特卡羅法模擬了(le)(le)敏(min)化304不銹鋼光滑表面應力腐(fu)蝕過程(cheng),微(wei)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)的(de)(de)萌(meng)生(sheng)(sheng)率(lv)由(you)指數(shu)(shu)分布(bu)的(de)(de)隨(sui)(sui)機數(shu)(shu)產生(sheng)(sheng),裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)萌(meng)生(sheng)(sheng)位置(zhi)和(he)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)尺寸分別由(you)均(jun)勻(yun)隨(sui)(sui)機數(shu)(shu)和(he)正態隨(sui)(sui)機數(shu)(shu)生(sheng)(sheng)成(cheng)。祖新星等利(li)用(yong)Clark公式計(ji)算(suan)了(le)(le)裂(lie)(lie)(lie)紋(wen)擴展速率(lv),采用(yong)蒙(meng)特卡羅方(fang)法在抽樣及單(dan)次時長計(ji)算(suan)基礎上,對一(yi)(yi)定年限內(nei)轉子應力腐(fu)蝕失(shi)效的(de)(de)概率(lv)進行了(le)(le)預測,并(bing)計(ji)算(suan)了(le)(le)應力腐(fu)蝕產生(sheng)(sheng)飛(fei)射(she)物的(de)(de)概率(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(bu)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。