[发明专利]一种不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法

权利要求书

1.一种不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1、开展1#试样在空气介质中的裂纹扩展速率试验，得到裂纹扩展速率dadN与裂纹尖端应力场幅值ΔK曲线，拟合中速区Paris公式：

dadN_air＝C(ΔK)ⁿ (1)

其中：C为拟合曲线系数，n为拟合曲线指数；

S2、在常规疲劳试验机上安装海水腐蚀环境箱，提供循环流动海水，指定加载频率，控制载荷，海水温度，对2#试样和3#试样分别开展最大海水流速V₁和最小海水流速V₂下的海水腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验；

S3、将2#试样和3#试样测试结果拟合成dadN-ΔK曲线，得到中速区Paris公式：

S4、将公式(1)、(2)、(3)对应曲线绘制于同一坐标系下，确认流速对裂纹扩展的影响是两面的：相对空气介质中测试结果，低流速抑制裂纹扩展，高流速加速裂纹扩展，即存在一个转变点流速V_t，该流速下与空气介质中结果基本一致，低于转变点流速V_t抑制裂纹扩展，高于转变点流速V_t加速裂纹扩展；

S5、假定海水腐蚀疲劳裂纹扩展过程中存在流速影响因子F(V)，流速影响因子F(V)定义为不同流速下裂纹扩展速率与空气介质中裂纹扩展速率的加速比例，流速影响因子F(V)与裂纹尖端应力场强度因子幅值ΔK呈线性关系，表达式为：

F(V)＝aΔK+b (5)

其中，a是加速系数，b是加速常数；

S6、依据步骤S5中流速影响因子F(V)的模型，将不同海水流速下的裂纹扩展速率表示为：

式中，V＝V_i，V_i表示被预测流速。

2.根据权利要求1所述的不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，步骤S1之前，还包括如下步骤：针对某一被测材料，加工拉伸试样N1件，通过拉伸试验，获取材料的基本力学性能参数，包括屈服强度、抗拉强度、弹性模量和延伸率，材料的基本力学性能参数取N1个拉伸试样各参数的平均值作为疲劳试验输入参数；加工标准裂纹扩展速率试样N2件，N2≥3，包括1#、2#、3#试样，测量各试样的基本参数，包括长度、宽度、厚度、缺口深度和跨距。

3.根据权利要求1所述的不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，步骤S1中，1#试样在空气介质中的裂纹扩展速率试验按照国家标准GB/T6398-2017《金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法》开展，步骤S3中，2#试样和3#试样测试结果拟合成dadN-ΔK曲线按照国家标准GB/T6398-2017《金属材料疲劳试验疲劳裂纹扩展方法》进行。

4.根据权利要求1所述的不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，步骤S5中，流速影响因子F(V)的计算方法为：

式中，V＝V_i，V_i表示被预测流速，dadN_air是空气介质中的裂纹扩展速率，是不同流速下海水腐蚀疲劳裂纹扩展速率。

5.根据权利要求4所述的不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，转变点流速V_t的计算方法为：分别计算不同应力场强度因子ΔK取几个特定值时的流速影响因子F(V)，统计两种极限流速V₁和V₂下的流速影响因子平均值和建立流速影响因子平均值与流速V的函数关系；

当流速影响因子平均值时对应流速V即为转变点流速V_t。

6.根据权利要求1所述的不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法，其特征在于，步骤S5中，加速系数a的计算方法为：分别拟合两种极限流速下流速影响因子F(V)与裂纹尖端应力场强度因子幅值ΔK曲线，两条曲线基本平行，斜率一致，即加速系数a基本不变，为一常数，则加速系数a为任一流速下流速影响因子F(V)与裂纹尖端应力场强度因子幅值ΔK曲线的斜率；

加速常数b与实时流速V及转变点流速V_t有关，表达式为：

b＝k(V-V_t)+m (7)

其中，k为转变点系数，m转变点常数；k和m通过两种极限流速下的加速常数b与当前流速减转变点流速值(V-V_t)线性拟合得到。