考虑腐蚀损伤的焊接构件疲劳寿命评估方法研究

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海洋环境极其复杂,海水中存在大量的氯离子,溶解氧等,金属在海洋中极易发生腐蚀;海洋中的风浪流等循环载荷作用在结构上会引起疲劳问题。船舶与海洋工程结构通常将在海洋环境中服役20年以上,不可避免地受到腐蚀和疲劳的共同作用。腐蚀疲劳是导致海洋环境中结构破坏的主要因素之一,并且腐蚀疲劳破坏通常发生在结构的焊接部位。腐蚀疲劳累积损伤机理及其复杂,目前尚未有一种腐蚀机理可以解释所有的腐蚀疲劳损伤现象。本文基于力学化学效应理论,通过模型试验和有限元数值模拟,研究腐蚀疲劳损伤机理,并提出一种考虑腐蚀损伤的疲劳寿命评估方法。首先,分析低碳钢和低合金钢的实海挂片试验数据,采用幂函数腐蚀模型对试验数据进行拟合,得到无应力状态下的腐蚀模型。其次,基于力学化学效应理论推导出考虑力学因素的腐蚀模型,根据弹性阶段与塑性阶段力学化学效应作用机理,提出的考虑力学因素的腐蚀模型分为弹性段与塑性段。通过实验室模型试验研究力学因素对腐蚀速度的影响规律,并采用考虑力学因素的腐蚀模型对试验数据进行拟合,确定相关系数,得到考虑力学因素的腐蚀模型。最后,通过有限元软件进行数值模拟。建立焊接构件的有限元模型,分别采用均匀腐蚀模型与均匀腐蚀模型对板厚进行折减,提取热点应力计算焊接构件的腐蚀疲劳累积损伤。计算结果显示新的腐蚀模型下结构的腐蚀疲劳累积算上更加严重。船舶与海洋工程结构中的焊接构件处易发生应力集中现象,甚至可能产生塑性变形,力学化学效应会导致金属腐蚀速度的增加,应力越大腐蚀越严重。因此,焊接构件会遭受更加严重的腐蚀疲劳累积损伤。考虑腐蚀损伤的焊接构件疲劳寿命评估方法能够考虑腐蚀与应力的耦合作用,可以更加准确地评估焊接构件的腐蚀疲劳累积损伤。
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