加载波形对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展的影响

摘要

在海水中，海洋平台钢结构受到周期性荷载及腐蚀的共同作用很容易发生腐蚀疲劳损坏。腐蚀疲劳涉及到金属材料科学，力学，化学，电化学和冶金等相关专业，其主要的影响因素有加载频率、波形、应力比、电极电位、腐蚀介质、温度、pH值及氧含量等。
　　本文通过对不同波形和电位作用下D36钢在天然海水中疲劳裂纹扩展速率的研究，得到了腐蚀疲劳裂纹扩展速率da/dN和应力强度因子幅度△K之间的关系，探索不同波形作用下D36钢在自然海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展机理。
　　本文主要研究了在不同极化电位作用下波形对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响，主要研究的内容及结果如下:
　　(1)采用带预制疲劳裂纹的三点弯曲梁试样，按照《金属材料平面应变断裂韧度K1C试验方法》测定D36钢的断裂韧度K1C;
　　(2)进行了不同极化电位作用下D36钢在自然海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验。试验结果表明，当施加电位为-800mV时，D36钢在海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率最低，即-800mV为最佳保护电位;
　　(3)通过扫描电镜观察并分析了三角波和方波在自然海水中的腐蚀疲劳断面。结果显示，在海水中，三角波作用下，D36钢的腐蚀疲劳裂纹扩展主导机制为阳极溶解;方波作用下，D36钢的腐蚀疲劳裂纹扩展主导机制为氢脆;
　　(4)开展了D36钢在不同波形（正弦波、三角波和方波）作用下自然海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率研究。结果表明，在海水中，三角波和正弦波作用下试样的疲劳裂纹扩展速率相当，而且小于方波作用下的疲劳裂纹扩展速率，且方波的加速作用体现在低△K区;
　　(5)分别在阳极极化电位和阴极保护环境下进行了D36钢在不同波形（正弦波、三角波和方波）作用下自然海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验。结果发现，在阴极保护条件下，方波的加速作用更加明显，而在阳极极化条件下，方波对试件的疲劳裂纹扩展速率的加速作用减弱。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 腐蚀疲劳概述

1．2．1 腐蚀疲劳的研究现状

1．2．2 腐蚀疲劳的特征

1．2．3 腐蚀疲劳的过程

1．3 腐蚀疲劳裂纹扩展

1．3．1 纯疲劳时裂纹扩展的一般规律

1．3．2 腐蚀疲劳裂纹扩展的一般规律

1．3．3 腐蚀疲劳裂纹扩展速率模型

1．4 腐蚀疲劳裂纹扩展的影响因素

1．4．1 环境因素的影响

1．4．2 加载频率的影响

1．4．3 应力比的影响

1．4．4 加载波形的影响

1．4．5 极化电位的影响

1．5 选题的目的及意义

1．6 本文主要研究内容

2 D36钢的断裂韧度KIC测试

2．1 试验概况

2．1．1 试验材料

2．1．2 试件制作

2．1．3 试验设备

2．1．4 试验加载方案和试验过程

2．2 试验结果分析

2．2．1 P-V曲线的三种类型及其临界载荷

2．2．2 Kq的计算

2．3 有效性校核

2．4 本章小结

3 腐蚀疲劳裂纹扩展速率及扩展机理研究

3．1 引言

3．2 试验概况

3．2．1 试验材料

3．2．2 试验设备

3．3 D36钢在三角波作用下的腐蚀疲劳裂纹扩展机制

3．4 D36钢在方波作用下的腐蚀疲劳裂纹扩展机制

3．5 本章小结

4 加载波形对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

4．1 引言

4．2 试验概况

4．3 试验数据处理

4．3．1 裂纹长度a的测定

4．3．2 da／dN的确定

4．3．3 △K确定

4．3．4 da／dN～△K曲线拟合

4．4 海水中波形对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

4．5 极化电位下波形对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

4．6 阴极保护对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

4．6．1 三角波作用下阴极保护对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

4．6．2 方波作用下阴极保护对D36钢腐蚀疲劳裂纹扩展速率的影响

4．7 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢