多点蚀损伤钢材受压力学性能研究

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船舶和海洋结构物因长期暴露于恶劣的海洋环境中会不可避免的受到腐蚀侵蚀。船舶与海洋结构物主要为碳钢及低合金钢,其最为常见的腐蚀损伤类型为均匀腐蚀和点腐蚀。均匀腐蚀尽管腐蚀损失量很大,但因腐蚀近似均布,其对结构力学性能的影响可预期;而点蚀损伤腐蚀形态复杂、深度及位置不均、内部损伤不易探查,其引起的局部应力集中不仅会降低结构的承载能力和变形能力,还可能改变构件尤其是受压构件的失效模式,对海洋工程结构造成严重破坏。鉴于上述分析,为了研究多点蚀损伤对受压钢材试件力学性能和失效模式的影响,本文进行了以下几个方面的工作:通过多点蚀损伤钢材轴向压缩试验,得到了不同点蚀参数(直径和深度)、不同点蚀分布方式、不同点蚀间距试件的应力应变曲线。结果表明随着点蚀直径和深度的增加,试件的屈服段长度在逐渐减小,延性能力下降;试件的极限强度和屈服强度在降低,且屈服强度对点蚀损伤更为敏感。不同于点蚀间距对试件产生的微弱影响,点蚀的分布方式对于试件力学性能有着较大的影响,当点蚀垂直受力方向分布时,其对试件的力学性能削弱程度远大于点蚀沿受力方向布置,体积损失率(VLR)和DOP并不能很好的评价点蚀损伤的影响。使用简化的物理模型进行了点蚀损伤变截面试件临界应力公式的推导并对失效模式的转变进行了参数敏感性分析。在三种不同的边界条件下,归一化点蚀深度对于试件临界应力并没有太大影响,归一化点蚀直径的增加可能导致试件的长度系数呈非线性增长,从而导致试件从强度失效转变为屈曲失效;且随着点蚀数量的增多,试件长度系数会增加,临界应力会降低,其抵抗屈曲失效的能力会进一步减弱.通过对多种典型腐蚀程度评价指标的对比,确定等长多点蚀损伤试件受压力学性能的合理评价指标为截面损失率。根据试验结果的力学特征分析,结合试验应力应变曲线中非弹性段数据的对数分析结果,确定了以截面损失率为变量的多点蚀损伤钢材的线性指数模型,通过理论值和试验数据的对比,验证了该模型与试验结果较好的吻合度,同时为其他海工钢材的腐蚀损伤力学模型的建立提供了依据和参考。采用ABAQUS软件进行了受压点蚀试件的数值模拟,通过数值结果和试验结果的对比,验证了两者的真实性和有效性。在此基础上经过数值分析发现,在轴压条件下,点蚀位置对于试件极限承载力有一定的影响。
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