不同加速腐蚀模式下圆钢力学性能研究

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钢材由于价格低廉、力学性能优越,在海洋结构工程中得到广泛应用。然而在海洋环境中,钢结构除承担上部结构传来的荷载及自重以外,还会受到风、波浪、洋流等复杂环境荷载的耦合作用。海洋工程中一些高耸结构,例如海上风力发电机、海上桥塔、测风塔等,结构不同部位处于不同的海洋环境,腐蚀机理和腐蚀程度也不同。其中浪花飞溅区内会频繁的出现干湿状态交替,氧气供应充足,加速阴极反应,钢材的腐蚀尤为严重。海洋工程结构在浪花飞溅区内腐蚀情况复杂,腐蚀损伤会极大降低整体结构强度和结构承载力,从而影响到结构的安全性和使用寿命。金属在复杂情况下腐蚀性能对结构全寿命周期的评估产生重要影响。针对海洋工程结构中钢材的腐蚀特性差异,本文重点研究不同种钢材在全截面腐蚀和点蚀条件下的静力学性能和疲劳性能,对比工程用奥氏体钢材、低碳钢(HRB400E)和不锈钢(0Cr18Ni9)等材料在通电加速腐蚀前后的质量损失、力学性能退化以及腐蚀形貌等方面的差异,以对海洋工程结构钢材的方案比选提供依据和参考。本文主要研究内容如下:(1)研究恒定电流加速腐蚀工况下三种钢材全截面腐蚀规律,对比分析腐蚀前后钢材的质量损失及直径变化;利用光学数码显微镜对比观测腐蚀前后钢材的表面腐蚀形貌和粗糙度变化;基于XRD、SEM和金相分析等技术手段,分析元素成分、微观结构等对不同钢材腐蚀机理差异的影响。(2)通过钢材全截面腐蚀前后的静力拉伸试验与疲劳试验,研究腐蚀前后三种钢材力学性能与疲劳性能的变化规律。基于应力值与疲劳寿命的关系拟合得出S-N曲线公式,为不同应力幅工况下钢材的选择提供参考依据。通过试件疲劳试验断裂后断口分析研究腐蚀对疲劳寿命的影响机制。(3)研究局部点状腐蚀模式下不同钢材的力学性能,分析不同腐蚀孔径、不同腐蚀时间参数下的局部点状腐蚀对钢材力学性能的影响。观测钢材在点状腐蚀模式下的腐蚀深度和腐蚀形貌,并对比分析整体腐蚀模式与局部点状损失模式下不同钢材的质量损失与强度退化特征。
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