[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

说明书

本发明涉及一种不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法，该方法通过空气介质中裂纹扩展速率试验，和少量不同流速裂纹扩展速率试验，构造数学模型，用于预测各种不同海水流速条件下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。本发明建立的预测模型可依据空气介质中测试裂纹扩展速率推测材料在不同海水流速下腐蚀疲劳裂纹扩展速率，不用大量开展不同速率的海水流速下腐蚀疲劳试验，试验周期大大缩短；海水腐蚀疲劳试验相对空气中疲劳试验测试成本成倍增加，通过预测模型预测腐蚀环境下疲劳性能可以大大减少腐蚀疲劳试验经费投入；采用归一化方法通过两种极限流速下海水腐蚀疲劳试验建立数学模型在预测不同的海水流速下裂纹扩展速率时可靠性高，预测结果准确。

技术领域

本发明涉及金属材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法。

背景技术

疲劳裂纹扩展速率试验是评价金属材料疲劳性能的一项重要试验。在海水腐蚀环境下，材料疲劳裂纹扩展将加速，因此考察腐蚀环境下材料的疲劳裂纹扩展速率对于耐蚀钢品种更具有针对性。但是，海水腐蚀环境中又存在很多不断变化的试验条件，譬如：载荷谱、温度、频率、流速、盐度、PH值等。对于不同水域的海水工程结构的服役条件是变化的，测试不同条件下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率试验周期长，且价格相对空气环境下成倍增长，如果可以通过测试空气中疲劳性能或者少量一定条件下的腐蚀疲劳性能去预测复杂的不同条件下的腐蚀疲劳性能，这对于产品研发和工程结构设计来说意义十分重大。

发明专利CN201310227157.3《一种疲劳裂纹扩展速率归一化预测方法》提出了一种基于能量释放率的疲劳裂纹扩展速率归一化预测方法。该发明通过预设数学模型并依靠常见的设定金属材料所获参数进行反推补充的方法，最终依靠由R＝i下的疲劳裂纹扩展速率曲线实现了对待测金属材料的不同应力比R≠i下的数据进行归一化预测，以能量作为控制参量对不同类型应力强度因子进行组合，其物理意义较为明确，形式也较为简单，并且对应力比归一化系数进行了统一表述，具有方法简单、适用范围广等特点。

发明专利CN201410020016.9《一种预测不同应力比下疲劳裂纹扩展门槛值的方法》提出了一种预测不同应力比下疲劳裂纹扩展门槛值的方法，由材料在已知应力比下疲劳裂纹扩展门槛值的测试数据，即疲劳裂纹扩展速率da/dN和应力强度因子幅ΔK之间的关系，求得在双对数坐标上疲劳裂纹扩展稳定扩展区和近门槛区数据点的直线拟合斜率和两者交界点，根据不同应力比下稳定扩展区和近门槛区交界点处最大应力强度因子K_max＝ΔK/R相等的条件进行计算，能够预测未知应力比R的疲劳裂纹扩展门槛值，所述R＞0。

以上两种方法分别通过某一单一应力比下测试的裂纹扩展速率和门槛值，实现了对其他未知应力比R下裂纹扩展速率和门槛值的预测，有具体数学模型，并通过实验对比了不同应力比R下实测结果与预测结果的差异，验证了预测模型的准确性。但以上两种模型仅针对空气介质中的结果，对于腐蚀环境下是否适用还需要加入腐蚀条件对模型进行修正。另外该模型仅针对不同应力比R，对于其他试验条件变化的裂纹扩展速率预测没有指导性。

开展不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率测试的难点在于：1)海水流速范围宽泛，测试不同流速下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率需要开展大量的不同流速下的系列试验，总体试验周期长；2)相对空气介质环境下的裂纹扩展速率试验，海水腐蚀环境下测试价格成倍增长，且要考虑系列流速，测试费用十分昂贵；3)如考虑采用归一化方法通过少量海水腐蚀疲劳试验建立数学模型来预测不同的海水流速下裂纹扩展速率需要保证数学模型的可靠性及预测结果的准确性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种不同海水流速腐蚀疲劳裂纹扩展速率预测方法，能通过空气介质中裂纹扩展速率试验，和少量不同流速裂纹扩展速率试验，构造数学模型，用于预测各种不同海水流速条件下的腐蚀疲劳裂纹扩展速率，能有效解决以上难点。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：