海水中S690钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为及拘束效应研究

发布时间：2020-12-03 07:03

　　S690钢由于其良好的综合力学性能广泛用于海洋平台升降桩腿等结构中。海洋平台结构易产生腐蚀疲劳失效,海水腐蚀、循环载荷和拘束水平均对裂纹扩展有重要的影响。本文基于S690钢在空气中和海水中的腐蚀疲劳裂纹扩展试验,并运用直流电位法测量裂纹长度,研究了海水环境、初始应力强度因子范围（35）K₀、应力比R和面内及面外拘束水平对S690钢腐蚀疲劳裂纹扩展行为的影响。同时结合裂纹的显微断口形貌分析了海水中S690钢腐蚀疲劳裂纹扩展的机制,探明了拘束水平影响S690钢腐蚀疲劳裂纹扩展的机理。本文主要研究成果如下:在阳极溶解和氢致开裂的共同作用下,海水环境对S690钢疲劳裂纹扩展具有明显的加速作用,在裂纹扩展的稳定阶段,海水中的裂纹扩展速率约为空气中的4倍。海水中S690钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率随（35）K₀的减小而减小。在R为0.1、0.5、0.7时,海水中S690钢腐蚀疲劳裂纹速率的差距较小。同时在裂纹扩展的初始阶段,结构的拘束水平对海水中S690钢腐蚀疲劳裂纹扩展的影响较小,随着裂纹的不断扩展,拘束水平的影响不断增加,且裂纹扩展速率与裂纹扩展前后的拘... 

【文章来源】：天津大学天津市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

典型的海洋平台：(a)自升式钻井平台；(b)半潜式钻井平台；(c)浮生式生产储油船

在变幅载荷的作用下，结构中的高应力高应变点处的损伤逐渐累积并形成裂纹，最终导致结构断裂失效的过程称为疲劳。构件中的裂纹可以依据外加载荷形式分为三类：张开型（Ⅰ型）、滑开型（Ⅱ型）和撕开型（Ⅲ型），如图1-2所示。图 1-2 裂纹的三种类型在标准CT（紧凑拉伸）试样上预制疲劳裂纹并施加横幅疲劳载荷进行疲劳试验，在试验过程中不断记录下裂纹尺寸a和载荷循环次数N，即可得到如图1-3所示的a-N曲线。从a-N曲线中可以得到与不同载荷循环次数对应的裂纹长度。a-N曲线中任一点的斜率即为此时的裂纹扩展速率 da dN，再计算出与之相对应的应

图 1-3 a-N 曲线坐标中材料的的裂纹扩展速率曲线如图1-4所示，可分为三个区域：低速区、中速区和高速率。在低速区范围 的减小，裂纹扩展速率迅速降低，直到 降趋近于零（ da dN＜10-7mm/cycle）。当 小于th K 生扩展。 为疲劳裂纹扩展的门槛值。在中速区， da dN- 具有良好的线性对数关系，这一关系 mCKdNda 参数C 、m是与材料性能相关的参数，主要通过试验数(1-1)两边取对数，可得下式(1-2)：log logCmlog(K)dNda 双对数坐标下的裂纹扩展速率曲线中，m为第 2 区线


本文编号：2896168