海工环境下腐蚀作用对钢材性能劣化的机理研究
发布时间：2020-11-20 23:14
随着沿海港口建设、海洋资源开发以及其他海洋事业的发展,提高钢结构在海工环境中的耐久性、安全性对改善工程质量、保障人财安全有着十分重要的意义。其中,海工环境下腐蚀-荷载作用对钢材性能的劣化机理试验研究是一种有助于解决钢结构在海工环境中破断问题的研究方法,也是有效分析计算海工环境中钢结构应力强度与破裂尺寸的基础研究方法。本文以Q345B低碳钢为研究对象,综合应用试验研究、理论分析等方法,系统地研究了在腐蚀-荷载环境作用下,钢材表面的劣化特征变化规律及钢材的力学性能劣化规律,取得如下研究成果:⑴测定了不同试验环境下试样表面的劣化特征,研究了质量损失率、蚀坑几何特征及尺寸随腐蚀环境作用、荷载环境作用及腐蚀-荷载环境共同作用的变化规律,揭示了腐蚀-荷载作用对钢结构表面劣化的影响关系。⑵测定了不同试验环境下试样得力学性能,得到了不同条件下试样的应力-应变曲线,研究了屈服强度、抗拉强度、伸长率和断面收缩率随腐蚀环境作用、荷载环境作用及腐蚀-荷载环境共同作用的劣化规律,揭示了腐蚀-荷载作用对钢结构力学性能劣化的影响关系。⑶基于断裂力学理论,将钢材表面劣化特征与裂纹体尺寸、力学性能与应力强度因子相关联,依据腐蚀-荷载环境共同作用下的试验结果,计算并分析Q345B钢的无量纲应力强度因子,确定应力强度因子求解方程,给出裂纹扩展临界尺寸计算方法。
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG172;P755.3
【部分图文】：
硕士学位论文氧化而失去电子，变成铁锈。可以说，海洋大气[8]。在这种复杂的环境下，海水本身是作为一种、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接以海洋平台为例，假设海洋平台的腐蚀区在沿垂。经研究表明，其中的干湿交替环境（浪溅、潮构腐蚀速率。这种严重的腐蚀现象与很多因素有量、海水昼夜温差、海水酸碱性、光照辐射以及化，地理位置的不同，腐蚀速率也大不一样[8]。
⑴ 制备有效试验尺寸为直径 5mm、长度 50mm 的圆柱体拉伸试件，分两组，其中一组在非试验腐蚀区涂抹环氧煤沥青防腐涂料进行防腐保护。将两组试样置于设定有不同腐蚀—荷载的工程结构环境多功能模拟系统中，根据昼夜环境调节温度与光线，放置 100 天。⑵ 取出涂抹环氧煤沥青防腐涂料的一组试样借助电子式分析天平、光学显微镜等仪器设备对表面劣化特征进行测量与分析，得出不同海水浓度、应力水平对试样表面劣化特征变化的影响。⑶ 取出没有涂抹环氧煤沥青防腐涂料的一组试样借助液压伺服万能材料试验机等仪器设备进行单轴拉伸试验与测量，绘出应力应变曲线，测定基本力学性能参数并分析，得出不同海水浓度、应力水平对试样力学特性变化的影响。⑷ 对上述试验结果进行分析，根据断裂力学理论、参考应力轻度因子手册对应力强度因子K 的方程进行求解，分析环境与荷载共同作用下的腐蚀对钢材性能的劣化机理，得出不同腐蚀-荷载环境下裂纹扩展临界尺寸计算公式。⑸ 利用试验和实测数据对上述理论分析的结果进行验证。技术路线如图 1-2 所示。
结构等腐蚀破坏的主要因素有海洋环境条件、结构的受力状态等。本章主要就海工环境下钢材的腐蚀试验原理及方法进行探讨，包括：海工环境的实验室模拟、腐蚀与荷载共同作用环境模拟、腐蚀试样的力学性能测试和试样表面劣化特征的微观测试等。2.1 海工环境的实验室模拟（Laboratory Simulation of MarineEnvironment）2.1.1 海工环境试验系统简介图 2-1 为用于海工环境的实验室模拟的工程结构环境多功能模拟系统，该系统配备加热器、紫外线灯管等部件，并具备计算机数据自动采集控制功能，其中：图 2-1（a）模拟系统的外部结构；图 2-1（b）模拟系统的内部结构。该多功能模拟系统可用于模拟海工环境，可实现对温度、PH、光照、溶解氧等技术参数的定量定时控制来模拟海工环境。温度控制范围为 0℃—50℃，温度控制精度达到±1℃；PH 值范围 4—9；溶解氧测试范围 0ppm—20ppm。
【参考文献】
本文编号：2892150
【学位单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG172;P755.3
【部分图文】：
硕士学位论文氧化而失去电子，变成铁锈。可以说，海洋大气[8]。在这种复杂的环境下，海水本身是作为一种、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接以海洋平台为例，假设海洋平台的腐蚀区在沿垂。经研究表明，其中的干湿交替环境（浪溅、潮构腐蚀速率。这种严重的腐蚀现象与很多因素有量、海水昼夜温差、海水酸碱性、光照辐射以及化，地理位置的不同，腐蚀速率也大不一样[8]。
⑴ 制备有效试验尺寸为直径 5mm、长度 50mm 的圆柱体拉伸试件，分两组，其中一组在非试验腐蚀区涂抹环氧煤沥青防腐涂料进行防腐保护。将两组试样置于设定有不同腐蚀—荷载的工程结构环境多功能模拟系统中，根据昼夜环境调节温度与光线，放置 100 天。⑵ 取出涂抹环氧煤沥青防腐涂料的一组试样借助电子式分析天平、光学显微镜等仪器设备对表面劣化特征进行测量与分析，得出不同海水浓度、应力水平对试样表面劣化特征变化的影响。⑶ 取出没有涂抹环氧煤沥青防腐涂料的一组试样借助液压伺服万能材料试验机等仪器设备进行单轴拉伸试验与测量，绘出应力应变曲线，测定基本力学性能参数并分析，得出不同海水浓度、应力水平对试样力学特性变化的影响。⑷ 对上述试验结果进行分析，根据断裂力学理论、参考应力轻度因子手册对应力强度因子K 的方程进行求解，分析环境与荷载共同作用下的腐蚀对钢材性能的劣化机理，得出不同腐蚀-荷载环境下裂纹扩展临界尺寸计算公式。⑸ 利用试验和实测数据对上述理论分析的结果进行验证。技术路线如图 1-2 所示。
结构等腐蚀破坏的主要因素有海洋环境条件、结构的受力状态等。本章主要就海工环境下钢材的腐蚀试验原理及方法进行探讨，包括：海工环境的实验室模拟、腐蚀与荷载共同作用环境模拟、腐蚀试样的力学性能测试和试样表面劣化特征的微观测试等。2.1 海工环境的实验室模拟（Laboratory Simulation of MarineEnvironment）2.1.1 海工环境试验系统简介图 2-1 为用于海工环境的实验室模拟的工程结构环境多功能模拟系统，该系统配备加热器、紫外线灯管等部件，并具备计算机数据自动采集控制功能，其中：图 2-1（a）模拟系统的外部结构；图 2-1（b）模拟系统的内部结构。该多功能模拟系统可用于模拟海工环境，可实现对温度、PH、光照、溶解氧等技术参数的定量定时控制来模拟海工环境。温度控制范围为 0℃—50℃，温度控制精度达到±1℃；PH 值范围 4—9；溶解氧测试范围 0ppm—20ppm。
【参考文献】
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本文编号：2892150
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