一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法技术

本发明专利技术公开了一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法，属于材料分析技术领域。通过对该类型锁紧销载荷特征与工作环境的特点分析，进行实验室加速腐蚀试验与疲劳载荷、磨损试验。通过这一方法与以往断口形貌特征分析等方法结合，能够考察材料本身特性外结合使用环境，更科学、准确进行损伤及失效机理分析。准确进行损伤及失效机理分析。准确进行损伤及失效机理分析。

【技术实现步骤摘要】
一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法


[0001]本专利技术属于材料分析
，具体涉及一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂分析方法。

技术介绍

[0002]锁紧销是常用机械结构的连接结构，通常有弹簧销R型、W型、杆型销子和其它特殊设计的销子。其中弹簧类的锁紧销替换方便，工艺简单；对于杆型锁紧销结构，在其工况下往往受力情况复杂，根据机械连接形式的不同，会受到压力、弯矩或是疲劳等不同形式的载荷，且这类锁紧销是连接两个构件形成机构的重要构件，工艺要求高，也就带来了加工上的巨大成本，在我国严酷海洋环境下，这一类锁紧销除面临机械上的损耗外，腐蚀或者两者联合带来的损耗急速增大，使得我国在海洋资源开采、海军装备维护、化工等领域需投入大量成本进行维护。
[0003]在实际运用中，该类构件作为连接两种不同构件的关键结构，会因为两种金属或导电构件因为电位差引起电偶腐蚀，加速低电位构件的腐蚀速度。因此为了研究海洋环境下这类杆型锁紧销的损伤及断裂机理，需要以实际工况中主要面临的疲劳载荷为主要载荷，研究载荷与腐蚀联合作用下锁紧销断裂机理和疲劳性能变化规律。在以往大多数针对机械连接结构断裂的研究中，绝大部分是针对其断口形貌，结合材料组织特征进行损伤分析，这种分析方法能够从材料组织结构，疲劳断口分析其破坏的特征，但是结构的损坏失效除了与自身结构、所受载荷有关外，与上述的腐蚀等环境因素也有很大的关系。

技术实现思路

[0004]为解决以上技术问题，本专利技术提出了一种针对海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理的分析方法，通过对该类型锁紧销载荷特征与工作环境的特点分析，进行实验室加速腐蚀试验与疲劳载荷、磨损试验。通过这一方法与断口形貌特征分析等方法结合，能够考察材料本身特性外结合使用环境，更科学、准确进行损伤及失效机理分析。
[0005]本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法，包括步骤：
[0007](1)建立锁紧销的加速腐蚀试验环境谱；
[0008](2)锁紧销与其连接构件电偶腐蚀行为分析；
[0009](3)锁紧销实际试验件试验；
[0010](4)锁紧销载荷试验；
[0011](5)锁紧销磨损试验。
[0012]优选的，在步骤(1)，包括建立使用环境谱以及编制加速腐蚀环境谱。
[0013]优选的，在步骤(1)，所述使用环境谱包括雨谱和雾露谱，加速腐蚀环境谱包括：
[0014](1)酸性NaCl溶液浸泡，通常采用5％NaCl溶液中加入少量稀H2SO4，使pH值达到4.0，以模拟盐雾和酸性气体的作用；
[0015](2)温湿环境下表面溶液的烘干过程，通常在40℃左右及RH＝95％～100％湿度下用远红外灯照射烘干试件，以模拟潮湿空气级凝露的作用过程。一个加速周期为30min，其中浸泡7.5min，烘干22.5min。
[0016]优选的，在步骤(1)，根据环境谱的相关当量折算，得到实验室腐蚀环境的当量腐蚀周期，包括如下步骤：
[0017](1)舰面停放环境谱与标准潮湿空气的当量折算；
[0018](2)周期浸润加速试验环境谱与水的当量关系；
[0019](3)加速环境谱的当量折算。
[0020]优选的，在步骤(2)，包括试片级材料试验件试验以及建立电偶腐蚀计算模型与边界条件。
[0021]优选的，在步骤(2)，试片级材料试验件试验分别测量两种试件的自腐蚀电位、极化曲线和二者之间的电偶电流。
[0022]优选的，在步骤(3)，依据锁紧销主要特征设计实际试验件，采用周浸箱或者盐雾箱进行实验室加速腐蚀试验，进行表面光泽度、色差性能测试。
[0023]优选的，在步骤(4)，根据锁紧销主要受力特点设计适当的夹具，对每个腐蚀周期后的试件进行载荷试验。
[0024]优选的，在步骤(5)，在磨损试验后，观察磨损后形貌，统计磨损量与试验周期的关系。
[0025]优选的，在步骤(2)，将拟合的数据作为边界条件带入电偶腐蚀计算模型进行计算，将极化曲线进行拟合得到自腐蚀电流密度与自腐蚀电位。
[0026]本专利技术的有益效果是：
[0027]1.本专利技术考虑到结构所处环境，以环境谱的形式概括结构所处环境特点。
[0028]2.本专利技术考虑到构件在机构中位置，考虑形成电偶对构件的损坏。
[0029]3.除考虑疲劳载荷外，本专利技术依据设备实际工况，在实验室条件下针对性进行损伤试验，如在本试验中对锁紧销进行磨损试验。
[0030]4.本专利技术通过腐蚀仿真进行危险材料与部位预测，在工程实践中能够兼顾经济性与时效性。
[0031]5.本专利技术将环境与载荷特点综合考虑，更加贴切构件实际工况进行分析。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的锁紧销损伤/断裂机理分析方法中的电偶腐蚀模型，(a)电偶腐蚀模型，(b)电极附近网格剖分。
[0033]图2为本专利技术的C41500黄铜合金的极化曲线。
[0034]图3为本专利技术的1Cr15Ni4Mo3N高强钢的极化曲线。
[0035]图4为本专利技术的电偶腐蚀模型电极表面电位分布。
[0036]图5为本专利技术的电偶腐蚀模型耦合电位测量值随时间的变化。
[0037]图6为本专利技术的电偶腐蚀模型电极表面电流密度(绝对值)分布。
[0038]图7为本专利技术的电偶电流测量值随时间的变化。
[0039]图8为本专利技术的磨损量与试验周期的关系曲线。
具体实施方式
[0040]实施例
[0041]一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法，包括如下步骤：
[0042](1)锁紧销载荷特点分析
[0043]依据其所在机构中的位置连接方式，通过试验得到锁紧销所处位置一次工作载荷。在后面载荷试验中，将根据实际载荷特征设计试验所用载荷，本例中以所测的真实载荷多次重复作为载荷试验中所加载荷。
[0044](2)建立锁紧销的加速腐蚀试验环境谱
[0045]2.1建立使用环境谱
[0046]使用环境谱的确定，一个是便于分析设备使用区域的环境特点，另一个是便于结合液膜厚度、腐蚀介质成分、pH等特征针对性地设计加速腐蚀试验环境谱。通过调研，分析海洋环境下装备的两个特征因素：一是含有着大量盐分的海洋环境，其要素有温度、湿度、盐雾和海水；二是装备所处环境中是否含有灰尘污染物、硫化物和氮氧化物等腐蚀性较强的气体。以上因素导致了海洋环境下锁紧销的腐蚀要比其他环境更加严重。
[0047]在海洋环境下，大气中的Cl
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和SO2等污染物的影响较低，对材料的腐蚀作用通过呈酸性的雾露和降雨得以体现，表2
‑
1和表2
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2为海军某装备所处海域的雨谱和雾露谱。
[0048]表2
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1某装备所处海域雨谱
[0049][0050][0051]表2
‑
2某装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)建立锁紧销的加速腐蚀试验环境谱；(2)锁紧销与其连接构件电偶腐蚀行为分析；(3)锁紧销实际试验件试验；(4)锁紧销载荷试验；(5)锁紧销磨损试验。2.如权利要求1所述的一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法，其特征在于，在步骤(1)，包括建立使用环境谱以及编制加速腐蚀环境谱。3.如权利要求2所述的一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法，其特征在于，在步骤(1)，所述使用环境谱包括雨谱和雾露谱，加速腐蚀环境谱包括：(1)酸性NaCl溶液浸泡，通常采用5％NaCl溶液中加入少量稀H2SO4，使pH值达到4.0，以模拟盐雾和酸性气体的作用；(2)温湿环境下表面溶液的烘干过程；通常在40℃左右及RH＝95％～100％湿度下用远红外灯照射烘干试件，以模拟潮湿空气级凝露的作用过程；一个加速周期为30min，其中浸泡7.5min，烘干22.5min。4.如权利要求1所述的一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法，其特征在于，在步骤(1)，根据环境谱的相关当量折算，得到实验室腐蚀环境的当量腐蚀周期，包括如下步骤：(1)舰面停放环境谱与标准潮湿空气的当量折算；(2)周期浸润加速试验环境谱与水的当量...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏梓林，陈跃良，卞贵学，王安东，张勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学青岛校区，
类型：发明
国别省市：