一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验及评价方法技术

本发明专利技术公开了一种海洋大气环境‑拉伸载荷动态加载耦合试验及评价方法，包括下列步骤，依次进行海洋大气户外环境拉伸载荷动态加载试验、海洋大气户外环境静态暴露试验，并进行循环试验，模拟装备(产品)实际服役的“工作‑停放‑工作‑停放”过程。本发明专利技术以断口形貌为评价指标，判断耦合试验断口形貌是否满足腐蚀疲劳断裂特征，试验是否达到环境腐蚀与拉伸动态载荷耦合效果；采用与耦合试验相同类型的材料验证耦合试验的普适性；与静态暴露试验相比，以抗拉强度和断后伸长率为评价指标，耦合试验加速倍率约为10倍。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验及评价方法
本专利技术涉及环境试验
，具体涉及一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验及评价方法。
技术介绍
舰船、飞机、车辆等军用装备以及海上石油钻井装置、远洋海轮等民用产品在沿海/海上区域服役过程中，大量承力结构件不仅承受高温、高湿、高盐雾、强太阳辐射和频繁的干湿交替等多种海洋大气环境因素的腐蚀作用，同时自身还遭受拉伸、弯曲、扭转等动态载荷影响，这种海洋大气环境腐蚀-动态载荷耦合作用极易加速承力材料的腐蚀疲劳裂纹扩展速率、降低其断裂韧性等，极大缩短材料的使用寿命，造成装备(产品)关键结构件的提前失效，甚至引发机毁人亡的重大灾难，严重威胁装备(产品)的安全可靠服役。因此，急需针对装备(产品)海洋大气环境服役中遭受大气环境腐蚀-动态载荷耦合作用特点，有步骤开展海洋大气环境-动态载荷耦合试验研究，而拉伸动态载荷作为装备(产品)服役中最常见的载荷形式之一，研究海洋大气环境腐蚀-拉伸动态载荷耦合作用意义重大，建立海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验与评价方法，对于掌握环境腐蚀与动态载荷耦合作用过程材料损伤历程具有重要指导作用，丰富和发展海洋大气环境腐蚀-动态载荷耦合作用的相关理论具有重要的学术与理论价值。目前，国内外对于海洋大气环境与拉伸载荷耦合作用下材料的性能退化规律研究主要集中于实验室模拟试验，通常包括两方面：一方面是进行循环交替试验，即分别采用不同的试验设备开展海洋环境腐蚀试验与拉伸载荷疲劳试验的循环交替试验，这种试验不能反映环境腐蚀-拉伸载荷的耦合作用；另一方面是进行协同试验，即在普通疲劳试验设备基础上增加能够模拟温度、湿度或污染介质等单一环境因素的试验箱，如CN203745216U公开了一种海洋环境模拟箱设备及电液伺服动静试验机，可实现试样在盐水浸泡、盐水涨落和盐水喷雾环境下的拉伸、压缩、弯曲等试验，这种试验虽然在一定程度上模拟了环境腐蚀-动态载荷作用，但其模拟的是单一盐水腐蚀，而不是高温、高湿、高盐雾、强太阳辐射和频繁的干湿交替等海洋大气环境因素综合腐蚀作用。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足之处，本专利技术提供一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验方法，其真实反映复杂海洋大气环境腐蚀与拉伸载荷耦合作用对材料性能退化影响，克服了传统实验室加速试验难以真实反映复杂海洋大气环境腐蚀影响，而自然环境静态暴露试验不能反映拉伸动态载荷影响的不足。为了达到上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验方法，其特征在于：包括海洋大气户外环境拉伸载荷动态加载试验和海洋大气户外环境静态暴露试验，所述海洋大气户外环境拉伸载荷动态加载试验和海洋大气户外环境静态暴露试验依次交替循环；其中所述海洋大气环境拉伸载荷动态加载试验的条件包括：应力水平：0.25Rm，其中Rm为材料本身的抗拉强度；加载频率：10Hz；加载波形：正弦波；应力比：0.1；试验周期：包括短周期环境适应性考核和长周期环境适应性考核，其中短周期环境适应性考核的时间限为小于90天，所述长周期环境适应性考核的时间限为大于等于90天；载荷循环加载频次：短周期环境适应性考核条件下每天加载一次；长周期环境适应性考核条件下，1周、2周、1月、2月或3月加载1次；每次疲劳动态加载时间：式中：T——每次疲劳加载时间；N——试验件现场预试验的原始疲劳寿命次数；A——载荷加载循环频次；B——试验周期；C——加载频率。进一步地，试验件为裸材试验件时适用的试验周期选用短周期环境适应性考核或长周期环境适应性考核，试验件为进行了表面防护的试验件时适用长周期环境适应性考核。一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验的评价方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、首先采用如权利要求1-2任一所述的一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验方法；S2、试验结束后检测获取试验件的性能变化数据，S3、确定耦合试验验证材料：采用与耦合试验相同类型的材料为验证材料；S4、确定耦合试验性能评价指标：以断口形貌、金相显微形貌、抗拉强度、断后伸长率或疲劳断裂次数为性能评价指标；S5、耦合试验效果验证与评价：以断口形貌为评价指标，分析耦合试验的试验件断口形貌是否满足腐蚀疲劳断裂特征，若试验件断口形貌满足腐蚀疲劳断裂特征，则试验达到环境腐蚀与拉伸动态载荷耦合效果，否则表明试验不具备耦合作用。进一步地，还包括耦合试验腐蚀规律验证与评价：采用相同类型材料为验证材料，以抗拉强度、断后伸长率或疲劳断裂次数分别作为评价指标，分析验证材料与试验材料腐蚀规律是否一致，若验证结果一致，则表明耦合试验方法具有普适性。进一步地，还包括耦合试验加速性评价：采用抗拉强度、断后伸长率或疲劳断裂次数为评价指标，以海洋大气环境静态暴露试验结果为参照，对比分析海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验相对于海洋大气环境静态暴露试验的加速倍率。本专利技术的有益效果包括：(1)与传统实验室模拟试验和自然环境静态暴露试验相比，本专利技术可真实再现海洋大气环境腐蚀-拉伸载荷动态加载耦合作用对材料腐蚀疲劳损伤效应，模拟装备(产品)实际服役的“工作-停放-工作-停放”过程。(2)真实反映了海洋大气环境腐蚀和拉伸动态载荷对材料的耦合作用，克服了以往实验室试验难以真实模拟复杂海洋大气环境腐蚀影响，而自然环境试验不能有效进行拉伸载荷动态加载的缺陷。(3)本专利技术提供的海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验评价方法，以断口形貌为评价指标，在明确耦合试验满足腐蚀疲劳断裂特征，耦合试验达到环境腐蚀与拉伸动态载荷耦合效果基础上，采用相同类型材料为验证材料，分析了验证材料与试验材料耦合试验腐蚀规律的一致性，验证了耦合试验方法的普适性。(4)本专利技术提供的海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验，与海洋大气环境静态暴露试验相比，以抗拉强度和断后伸长率为评价指标，耦合试验相对于静态暴露试验的加速倍率约10倍，加速性明显。附图说明图1是耦合试验循环图；图2是试验件尺寸与规格图；图3是海洋气候环境-拉、压、弯工况载荷耦合试验装置；图4是7A09铝合金断口形貌(13×)；图5是2A12铝合金断口形貌(12×)；图6是7A09铝合金断口形貌(1500×)；图7是2A12铝合金断口形貌(1500×)；图8是2种铝合金耦合试验抗拉强度对比曲线；图9是2种铝合金耦合试验断后伸长率对比曲线；图10是7A09铝合金2种试验抗拉强度对比曲线；图11是7A09铝合金2种试验断后伸长率对比曲线；图12是2A12铝合金2种试验抗拉强度对比曲线；图13是2A12铝合金2种试验断后伸长率对比曲线。具体实施方式下面结合具体实施例及附图来进一步详细说明本专利技术。本实施例中，采用7A09本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验方法，其特征在于：包括海洋大气户外环境拉伸载荷动态加载试验和海洋大气户外环境静态暴露试验，所述海洋大气户外环境拉伸载荷动态加载试验和海洋大气户外环境静态暴露试验依次交替循环；/n其中所述海洋大气户外环境拉伸载荷动态加载试验的条件包括：/n应力水平：0.25Rm，其中Rm为材料本身的抗拉强度；/n加载频率：10Hz；/n加载波形：正弦波；/n应力比：0.1；/n试验周期：包括短周期环境适应性考核和长周期环境适应性考核，其中短周期环境适应性考核的时间限为小于90天，所述长周期环境适应性考核的时间限为大于等于90天；/n载荷循环加载频次：短周期环境适应性考核条件下每天加载一次；长周期环境适应性考核条件下，1周、2周、1月、2月或3月加载1次；/n每次疲劳动态加载时间：/n

【技术特征摘要】
1.一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验方法，其特征在于：包括海洋大气户外环境拉伸载荷动态加载试验和海洋大气户外环境静态暴露试验，所述海洋大气户外环境拉伸载荷动态加载试验和海洋大气户外环境静态暴露试验依次交替循环；
其中所述海洋大气户外环境拉伸载荷动态加载试验的条件包括：
应力水平：0.25Rm，其中Rm为材料本身的抗拉强度；
加载频率：10Hz；
加载波形：正弦波；
应力比：0.1；
试验周期：包括短周期环境适应性考核和长周期环境适应性考核，其中短周期环境适应性考核的时间限为小于90天，所述长周期环境适应性考核的时间限为大于等于90天；
载荷循环加载频次：短周期环境适应性考核条件下每天加载一次；长周期环境适应性考核条件下，1周、2周、1月、2月或3月加载1次；
每次疲劳动态加载时间：



式中：T——每次疲劳加载时间；
N——试验件现场预试验的原始疲劳寿命次数；
A——载荷加载循环频次；
B——试验周期；
C——加载频率。


2.根据权利要求1所述的一种海洋大气环境-拉伸载荷动态加载耦合试验方法，其特征在于：试验件为裸材试验件时适用的试验周期选用短周期环境适应性考核或长周期环境适应性考核，试验件为进行了表面防护的试验件时适用长周期环境适应性考核。


3.一种海洋大气环境-拉伸载荷动态...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗来正，吴帅，周堃，符朝旭，王晓辉，滕俊鹏，
申请(专利权)人：中国兵器工业第五九研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;50