一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法

本发明属于材料分析，具体涉及一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂分析方法。

背景技术：

1、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。

2、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

1、为解决以上技术问题，本发明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。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种海洋环境下锁紧销损伤/断裂机理分析方法，包括步骤：

4、(1)建立锁紧销的加速腐蚀试验环境谱；

5、(2)锁紧销与其连接构件电偶腐蚀行为分析；

6、(3)锁紧销实际试验件试验；

7、(4)锁紧销载荷试验；

8、(5)锁紧销磨损试验。

9、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。

10、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：

11、(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；

12、(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。

13、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：

14、(1)舰面停放环境谱与标准潮湿空气的当量折算；

15、(2)周期浸润加速试验环境谱与水的当量关系；

16、(3)加速环境谱的当量折算。

17、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。

18、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。

19、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。

20、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。

21、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。

22、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。

23、本发明的有益效果是：

24、1.本发明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。

25、2.本发明考虑到构件在机构中位置，考虑形成电偶对构件的损坏。

26、3.除考虑疲劳载荷外，本发明依据设备实际工况，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。

27、4.本发明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。

28、5.本发明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。

技术特征：

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：

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：

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：

5.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(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。

6.如权利要求5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(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。

7.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(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。

8.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(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。

9.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(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。

10.如权利要求5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(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。

技术总结
本发明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。

技术研发人员：魏梓林,陈跃良,卞贵学,王安东,张勇
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军航空大学青岛校区
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13