氯盐环境下钢筋蚀坑深度时变模型

基于Fick第二定律,对氯离子扩散系数时变性、局部锈蚀时的蚀坑深度时变模型进行了研究,同时探讨了钢筋蚀坑深度时变模型的多重影响因素的敏感性,以得出氯盐环境下钢筋蚀坑深度的变化规律。

基于分水岭算法的锈蚀钢板表面锈坑密度与锈坑深度变化研究

对处于腐蚀环境下的的锈蚀钢板开展了4个批次的人工加速腐蚀试验,利用三维形貌扫描仪对腐蚀钢板表面进行形貌扫描,得出腐蚀钢板表面的形貌特征,并利用自编计算程序对锈蚀钢板模型进行计算,得出了锈蚀钢板表面锈坑数、锈坑密度以及蚀坑深度。得出了,随着腐蚀龄期的增长,细小的锈坑之间会相互链接,形成更大的锈坑;而在锈蚀初期,锈坑密度为最大值,之后随着腐蚀龄期的不断增加,锈坑密度呈现起伏的变化;而对于锈蚀深度,其分布大致服从正态分布,在锈蚀龄期为15个月时,锈蚀深度服从对数正态分布。

基于断裂力学的腐蚀钢丝疲劳S-N曲线研究

高强冷拔钢丝因其优异的力学性能被广泛应用于缆索承重结构,服役过程中钢丝腐蚀与断裂威胁着结构安全。钢丝腐蚀后表面的蚀坑因应力集中效应易产生疲劳裂纹,因此腐蚀钢丝剩余疲劳寿命主要取决于裂纹的扩展阶段,且裂纹扩展受到腐蚀程度(初始损伤)的显著影响。精确表征腐蚀程度并准确评估服役期钢丝腐蚀后的剩余寿命,仍是亟待解决的维修难题。首先采用蚀坑最大深度表征钢丝腐蚀程度,以应力强度因子幅作为裂纹扩展驱动力指标,基于断裂力学的Paris公式建立受拉钢丝裂纹扩展理论模型,进而推导腐蚀钢丝的疲劳S-N曲线。大量既有的腐蚀钢丝疲劳试验结果与理论预测值的比较验证了所提理论模型及疲劳S-N曲线的合理性和有效性。含多个蚀坑的钢丝裂纹扩展有限元模拟表明,等效单裂纹适用于多腐蚀坑钢丝疲劳寿命的简化分析。参数分析表明,蚀坑深度和腐蚀环境是腐蚀钢丝疲劳强度的关键影响因素,而应力比和疲劳加载频率影响较小,所提出的S-N曲线在钢丝常规服役条件下适用于评估其剩余寿命,可得到合理的预测结果。基于断裂力学所提的理论方法和疲劳S-N曲线可为腐蚀钢丝的疲劳强度和寿命评估提供参考。

矿用锚索腐蚀程度对其力学性能影响特征数值模拟研究

由高强度低松弛预紧力钢绞线制成的矿用锚索与树脂胶结合可提供强大预应力,加固巷道围岩和顶板破碎煤层,但在顶板淋水条件下,锚索自由段相比锚固段更易发生材料腐蚀致断裂失效显现。通过理论分析明晰了受腐蚀锚索自由段在拉伸作用下裂纹扩展致断裂机制,结合实验室试验与数值模拟探寻了矿用锚索在高矿化度矿井水淋水环境下腐蚀断裂特征,及蚀坑深度、表面腐蚀率与锚索自由段延伸率、极限载荷的相关性。研究结果表明:锚索自由段在拉伸作用下受环境因素影响表面产生蚀坑后,在蚀坑尖端出现应力集中,并衍生呈裂纹扩展致脆性断裂,其延伸率与蚀坑深度成负相关;锚索极限载荷降低的主要影响因素为腐蚀率,其与腐蚀率成负相关;锚索自由段腐蚀程度为30%,表面蚀坑深度小于0.5 mm时, 19股结构锚索承载力优于相同直径的7股锚索;蚀坑深度大于0.5 mm时, 7股结构锚索承载力实现反超。

随机点蚀对Q550E钢试件抗拉力学性能的影响

为了研究点蚀对高性能钢力学性能退化的影响,基于3D扫描对锈蚀Q550E钢试件的表面形貌指标进行数据采集,获取了试件蚀坑深度数据和概率密度函数,以及锈坑平均深度、深度标准差与质量锈蚀率之间的关系。在此基础上,考虑试件均匀锈蚀,提出了基于实测点蚀统计数据建立随机点蚀模型的方法,模拟得到了Q550E钢随机点蚀试件荷载-位移曲线。利用现有试验结果验证了有限元模型的计算精度,分析了点蚀位置和深度对极限强度和最大变形的影响,讨论了极限载荷与最大横截面损失率之间的关系。结果表明:锈蚀高性能钢试件蚀坑深度值服从对数正态分布,随着锈蚀率的增加,锈坑深度方差和均值会逐渐增大,且两者与锈蚀率分别呈现出线性和幂函数关系;同一点蚀强度下,试件蚀坑平均深度和方差分别增加20%,试件极限强度和极限荷载平均值分别减少5%和2%,试件极限强度变异性随着蚀坑平均深度增加而增大,而不会随着其深度方差的变化产生明显改变;在蚀坑大小相同的情况下,蚀坑位置对试件最大变形影响强于对极限强度的影响;极限荷载随着最大横截面损失率的增加呈线性递减;同一点蚀强度下,试件极限强度和变形会随着试件长宽比的增加而减小,试件厚度会对变形有一定影响。

真空氮化温度对7075铝合金耐蚀性的影响

在480～540℃范围内对7075铝合金进行真空氮化处理。采用铜加速乙酸盐雾腐蚀试验对处理前后的铝合金进行加速腐蚀,以失重法和最大蚀坑深度法,对比分析氮化样与原样在盐雾环境中的腐蚀情况。利用宏观照片、扫描电镜(SEM)和电化学极化曲线法,对渗氮层腐蚀行为进行分析研究。结果表明:真空氮化处理提高了7075铝合金的抗蚀性能,500℃处理的试样氮化层耐蚀性最好。

基于Gumbel极值理论的钢绞线腐蚀疲劳寿命预测

目的预测钢绞线的腐蚀疲劳寿命,探究蚀坑深度对其寿命的影响.方法基于Gumbel极值理论,对实测蚀坑数据进行分析,建立蚀坑深度和钢绞线腐蚀寿命之间的回归模型.结果得到了钢绞线腐蚀寿命预测模型,并将其运用于实际的工程算例中,所得结果通过K-S检验和回归分析,说明了该模型的合理性.结论该预测模型的计算较为简便且具有一定精度,弥补了采用繁琐的断裂力学理论直接推算拉索构件寿命的不足.

Q420qD钢材应力腐蚀特征试验研究

为研究Q420qD钢材应力腐蚀特征,对应力水平为0.3倍屈服应力和无应力工况下共60个试件在相同腐蚀环境中进行通电加速腐蚀试验,建立了有应力和无应力腐蚀试件的腐蚀速率模型并进行对比。对部分腐蚀试件表面进行三维形貌扫描,研究了有应力和无应力试件的形貌发展规律、蚀坑深度分布规律以及蚀坑形态与径深比规律。利用差分盒维数计算腐蚀表面分形维数,对比了有应力和无应力试件分形维数随质量损失率和腐蚀时间的变化规律。结果表明:当试件应力为0.3倍屈服应力时,有应力和无应力试件腐蚀速率均表现为先快后慢,在目标腐蚀率小于18%时,有应力和无应力试件腐蚀速率近似为常数,且有应力试件的腐蚀速率近似为无应力试件的1.15倍;有应力试件腐蚀形貌发展快于无应力试件,且最终腐蚀形态都以均匀腐蚀为主;有应力和无应力试件表面分形维数变化规律相似,均在腐蚀初期迅速增大,之后出现减小—增大—减小的周期性上下波动现象;有应力试件分形维数在腐蚀初期发展速率高于无应力试件,且有应力试件的分形维数普遍大于无应力试件;蚀坑形态以球冠状为主,有应力和无应力试件单个蚀坑深度分布均能较好地服从正态分布规律;蚀坑径深比变化范围稳定于2~6,平均值在4附近波动。

机载电子系统铝合金冷板-冷却液腐蚀性研究

目的可靠表征机载电子设备液冷系统中铝合金冷板在其使用环境下(冷却液介质中)腐蚀程度与时间的关系,为确定其使用寿命及对其进行腐蚀防护与控制提供技术支持。方法根据飞机液冷系统冷板的服役环境特点,开展铝合金冷板冷却液恒温浸泡试验和冷却液恒温冲刷试验,观察试验件宏观和微观状况,采用最大蚀坑深度值的变化进行腐蚀程度的量化表征。结果恒温浸泡试验120天,试验件宏观和微观腐蚀形貌,以及蚀坑深度均无明显变化;冲刷试验320 h,试验件宏观腐蚀形貌无变化,微观腐蚀形貌轻微加重,蚀坑深度平稳增加。结论浸泡和冲刷试验结果对比得出,高速冲刷的冷却液因杂质累积、成分挥发等导致性能变化,加速铝合金冷板的腐蚀。

浸泡环境下ZL105不同腐蚀损伤表征量动力学对比分析

利用沿海加速腐蚀试验谱中的环境参数,开展腐蚀浸泡环境下的铝合金壳体材料ZL105的腐蚀损伤实验研究。每一浸泡周期结束时对试件工作表面进行腐蚀损伤的形貌观测和电化学测量,获得不同腐蚀周期的平均蚀坑深度和表面自腐蚀电流密度。通过拟合分析,分别得到以平均腐蚀深度变化率和表面自腐蚀电流密度为腐蚀损伤表征的腐蚀动力学曲线。利用无量纲的归一化处理,量化对比两种腐蚀速率的变化规律。通过相关性分析,得出在腐蚀前期(36~120 h)两者具有很高的相关性,相关系数达到0.969。依据ZL105相应腐蚀损伤形貌观测和建立相应点蚀数学模型,合理解释了两种腐蚀速率在不同腐蚀时期的差异性表现。

实验室加速腐蚀环境下35Cr2Ni4MoA材料镀硬铬表面腐蚀行为研究

目的研究35Cr2Ni4MoA材料镀硬铬表面的腐蚀行为特点。方法开展35Cr2Ni4MoA材料在实验室湿热环境和盐雾环境的加速腐蚀环境试验,分析腐蚀环境对35Cr2Ni4MoA材料镀硬铬表面腐蚀行为的影响,加速腐蚀试验共8个周期,通过蚀坑深度、蚀坑面积、单面面积腐蚀数量描述材料表面腐蚀情况。结果35Cr2Ni4MoA在实验室腐蚀环境下蚀坑深度随时间变化满足幂函数关系,蚀坑半径随时间满足线性关系。实验前期单位面积内点蚀数量较多,腐蚀程度轻,在试验中后期点蚀扩展相连,腐蚀面积变大,腐蚀数量减少,腐蚀程度加重。结论提高35Cr2Ni4MoA材料镀硬铬表面处理质量,减少材料表面处理孔隙,能有效提高35Cr2Ni4MoA材料的腐蚀防护能力。

基于模态分析的材料点腐蚀评估方法研究

点腐蚀破坏了材料结构的连续性,并对材料的力学性能产生较大影响。平均点蚀坑深度是衡量材料点腐蚀程度的重要指标,研究平均点蚀坑深度对评价点腐蚀对材料的影响具有重要意义。从点腐蚀对材料力学性能的微观损伤影响出发,利用等效弹性模量从宏观上进行了描述,根据弹性材料模态分析理论,构建了点腐蚀材料体积损失因子与模态之间的分析模型,实现了通过对点蚀材料模态的实时监测预测平均点蚀坑深度的目的。分析结果表明:该方法所得的等效弹性模量要优于其他方法,且平均腐蚀坑深度预测值与实际值拟合度较高,说明该方法在理论上是可行的,可以用于对点蚀材料平均腐蚀坑深度的预测,以实现通过监测模态变化对材料的点腐蚀影响进行评估的目的。该方法为材料的实时点蚀评估提供了新的思路,在现实中具有较大的参考价值。

工程结构蚀坑的腐蚀疲劳裂纹起始寿命预测

为了研究腐蚀疲劳裂纹在蚀坑处萌生位置差异的本质及预测腐蚀疲劳裂纹起始寿命,采用双参数模型描述点蚀坑形貌,并基于三维有限元模型分析不同点蚀坑形貌下的应力集中情况。基于此,分析了蚀坑深度、深径比及位置等参数对蚀坑不同位置应力集中的影响规律。依据腐蚀疲劳现象学观点,建立了三维双参数点蚀坑腐蚀疲劳裂纹萌生评估模型,分析不同蚀坑形貌下腐蚀疲劳裂纹萌生的临界值。研究表明:控制腐蚀疲劳裂纹萌生的条件主要为蚀坑深度和蚀坑形状;萌生于蚀坑处不同位置的腐蚀疲劳裂纹的临界值均可采用蚀坑临界深度值表示。所建模型的有效性和合理性得到了有效验证,为工程实际中遭受腐蚀疲劳损伤结构的腐蚀疲劳起始寿命预测提供了一种可行性方法。

温度对2A12铝合金在模拟油箱积水环境中初期腐蚀行为的影响

基于飞机油箱舱内的铝合金在油箱积水环境中发生的腐蚀损伤问题,通过研究腐蚀形貌、最大点蚀坑深度、最大点蚀坑开口面积、表面腐蚀损伤度、交流阻抗响应等变化,分析了温度对2A12铝合金在模拟油箱积水环境中初期腐蚀行为的影响。研究发现,最大点蚀坑深度、开口面积、表面腐蚀损伤度都随着温度的升高而增加,特别当温度升高到65℃和75℃时,腐蚀严重加剧,各项评价指标显著增大。在25、35、45、55℃模拟油箱积水环境中,最大点蚀坑深度及开口面积随时间的关系呈现幂函数变化规律,而在65℃、75℃时,其遵循最小二乘法多项式拟合。电化学交流阻抗谱测试结果表明,2A12铝合金在3个特征温度(常温25℃、中温55℃及高温75℃)下的腐蚀速度快慢为V75℃>V55℃>V25℃。