关键词:
腐蚀疲劳
寿命预测
概率模型
可靠性
软件集成
摘要:
工程实践中各种承受循环载荷的结构都可能发生腐蚀疲劳破坏,往往造成重大事故,带来重大损失。因此,一个良好的基于化学-力学机理的腐蚀疲劳模型是工业领域的飞机结构、海洋结构及石化设备的寿命预测和设备维护所必需的。本文初步构建了结构从腐蚀坑成核、腐蚀坑扩展、小裂纹的扩展、长裂纹的扩展的多尺度腐蚀疲劳概率模型。然后通过实验数据验证模型的有效性,并采用蒙特卡罗算法进行可靠性分析。最后以模型为基础编写了一个可视化界面的腐蚀疲劳全寿命预测软件。本文将腐蚀疲劳机理、全寿命模型、概率可靠性分析和计算机软件四方面的研究有机地结合起来,探索出一种分析腐蚀疲劳问题的研究思路,同时也为构件腐蚀疲劳寿命周期管理和安全寿命设计提供了实用的分析方法。本文主要工作和结论如下: (1)考虑化学-力学的交互作用对腐蚀疲劳的影响,将腐蚀坑转变为小裂纹、小裂纹转变为长裂纹的临界尺寸视为由系统决定的常量,并将裂纹扩展分为小裂纹和长裂纹两个阶段,建立包含腐蚀疲劳各阶段的多尺度腐蚀疲劳模型。 (2)所建立的腐蚀疲劳全寿命模型采用经典文献中的实验数据验证,分别就文献中2024-T3铝合金、12Gr汽轮机叶片钢、LY12铝合金三种材料进行验证及分析讨论,模型预测结果和实验数据较为一致。 (3)基于概率损伤容限方法和断裂力学理论建立腐蚀疲劳概率模型,并采用蒙特卡罗法进行可靠性分析,以2024-T3铝合金为例阐述使用腐蚀疲劳概率模型进行寿命预测。 (4)以经典腐蚀疲劳理论模型为基础,编制一个可视化界面的腐蚀疲劳全寿命预测软件。腐蚀疲劳软件(CFCrack)包含溶液-金属、气体-金属等不同环境系统,其中包含22种针对具体环境(如C1或S腐蚀等)的分析方式,可有效的进行寿命预测分析。