[发明专利]小锥度实验结合模拟的方式来预测裂纹萌生应力的方法

说明书

本发明提供了一种小锥度实验结合模拟的方式来预测裂纹萌生应力的方法。该方法包括：准备多组小锥度试样和传统的平行试样；对传统的平行试样进行拉伸实验，获得试样的工程应力应变曲线；根据测出来的材料屈服强度，设定需求的恒载条件下的应力；在恒载状态下设定一个截止时间，然后取出试样，对试样沿中心轴切开，使用扫描电子显微镜统计裂纹的深度和裂纹距离试样中心的相对位置；根据裂纹深度和距离中心处的距离推导出裂纹萌生处距离试样中心处的距离。由有限元模拟试样在受力状态下的应力分布云图，可得到裂纹萌生处的应力，即可实现用小锥度试样来预测裂纹萌生的应力值。本发明大大缩短了实验周期，并节省了实验材料。

技术领域

本发明属于性能测试领域，具体涉及一种小锥度实验结合模拟的方式来预测裂纹萌生应力的方法。

背景技术

由于海底平台、油气管道、核电装置以及地下设施所处服役环境非常恶劣，其中大量使用的钢结构极易发生应力腐蚀开裂，这对设施的安全运行会产生灾难性影响。因此，在设计的承载条件下及服役环境下，预测裂纹是否开裂以及何时开裂至关重要。传统的方法是在不同的外加恒定载荷条件下，得到标准平行试样的断裂时间，从而试验出一定时间内应力腐蚀开裂的应力门槛值。得到一个应力门槛值至少需要6-10个完全相同的试样，将要耗费大量的时间。

针对这一问题，本发明提出了一种高通量预测应力腐蚀开裂临界应力的方法。

发明内容

本发明的实施提供了一种小锥度实验结合模拟的方式来预测裂纹萌生应力的方法，以解决目前氢致开裂临界应力测试的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种小锥度实验结合模拟的方式来预测裂纹萌生应力的方法，其特征在于，包括：准备多组小锥度试样和传统的平行试样；

对传统的平行试样进行拉伸实验，获得试样的工程应力应变曲线；

根据测出来的材料屈服强度，设定需求的恒载条件下的应力；

在恒载状态下设定一个截止时间，然后取出试样，对试样沿中心轴切开，使用扫描电子显微镜统计裂纹的深度和裂纹距离试样中心的相对位置；

根据裂纹深度和距离中心处的距离推导出裂纹萌生处距离试样中心处的距离，由有限元模拟试样在受力状态下的应力分布云图，可得到裂纹萌生处的应力，即可实现用小锥度试样来预测裂纹萌生的应力值。

进一步地，所述准备多组小锥度试样和传统的平行试样的提取方式是：

小锥度试样与传统的平行试样都从轧制的商用316L上取样获得；

在加工测试试样时，确保所有样品的取样的方向是一致的；

对于所有的待测试样尽量在同一零件或者同一批次板料上获取；

小锥度试样图2的尺寸最小半径3mm，最大半径6mm，半锥度为3°，传统平行试样图3为保持和小锥度最小尺寸一致，工作区的直径也设置为3mm；

所有试样在实验前都用砂纸打磨到5000#，并用酒精超声清洗10分钟，以去除表面的油污。

进一步地，对传统平行试样进行拉伸是按照室温拉伸试样标准GBT 228.1-2010的标准来执行的。

进一步地，根据测出来的材料屈服强度，设定需求的恒载条件下的应力，恒载的应力尝试屈服强度附近的载荷，根据不同外加载荷试样上裂纹的密度和深度，确定一个具体的外加载荷；

如果测试试样在实验中拉断，该试样所测得的结果无效。

进一步地，测试溶液为0.5mol/L的硫酸加上0.5g/L的硫脲，充氢电流密度为2mA/cm²。