考虑腐蚀损伤的焊接构件疲劳寿命评估方法研究

发布时间：2017-10-19 13:12

  本文关键词：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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【摘要】：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。
【关键词】：焊接构件 力学化学效应 电化学实验 腐蚀模型 腐蚀疲劳
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG405;P755.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstraet5-8
• 1. 绪论8-12
• 1.1. 研究背景与意义8
• 1.2. 国内外研究现状8-11
• 1.3. 本文的主要研究内容11-12
• 2. 实海腐蚀数据分析12-24
• 2.1. 海洋腐蚀环境12-13
• 2.2. 实海挂片实验数据13-19
• 2.3. 低碳钢和低合金钢挂片海水腐蚀规律19-23
• 2.4. 本章小结23-24
• 3. 腐蚀疲劳损伤机理研究24-34
• 3.1. 力学化学效应概述24-26
• 3.2. 弹性范围的力学化学效应26-28
• 3.3. 塑性范围的力学化学效应28-31
• 3.4. 考虑力学化学效应影响的腐蚀模型31-32
• 3.5. 本章小结32-34
• 4. 实验室模型试验34-51
• 4.1. 腐蚀速度测量方法34-36
• 4.1.1. 失重法34
• 4.1.2. 气体容量法34
• 4.1.3. 电阻法34
• 4.1.4. 电化学法34-36
• 4.2. 实验准备36-42
• 4.2.1. 实验目的及方法36
• 4.2.2. 实验设备36-41
• 4.2.3. 材料及试件41-42
• 4.3. 实验步骤42-44
• 4.4. 实验结果分析44-48
• 4.5. 低碳钢的新非线性腐蚀模型48-50
• 4.6. 本章小结50-51
• 5. 焊接构件腐蚀疲劳寿命评估51-61
• 5.1. 新腐蚀模型板厚折减51
• 5.2. 焊接接头数值模拟51-57
• 5.2.1. 新腐蚀模型与均匀腐蚀模型51-55
• 5.2.2. 线弹性阶段模型与塑性阶段模型55-57
• 5.3. 焊接构件腐蚀疲劳寿命评估57-60
• 5.3.1. 建立焊接构件有限元模型57-58
• 5.3.2. 焊接构件腐蚀疲劳累积损伤58-60
• 5.4. 本章小结60-61
• 6. 结论与展望61-62
• 6.1. 结论61
• 6.2. 展望61-62
• 参考文献62-64
• 基金项目信息64-65
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况65-66
• 致谢66-67

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本文编号：1061282