[发明专利]一种考虑腐蚀与疲劳耦合作用的结构件协同加速试验方法

说明书

本发明涉及一种考虑腐蚀与疲劳耦合作用的结构件协同加速试验方法，包括下列步骤：确定金属结构件在一定年限内预期达到的腐蚀程度与疲劳损伤程度；将结构件与惰性电极置于腐蚀容器中，结构件与直流电源的正极连接，惰性电极与电源负极连接；将置于腐蚀容器中的结构件与疲劳加载装置进行连接；在腐蚀容器中加入与腐蚀环境相对应的电解腐蚀溶液，以达到自然腐蚀条件下相近的腐蚀形貌；根据目标腐蚀量与疲劳程度计算通电腐蚀时间与疲劳加载频率；同时打开电源开关与疲劳加载装置开关，对结构件进行腐蚀疲劳耦合加载，在达到预定的通电时间t后，同时关闭直流电源与疲劳加载装置。

技术领域

本发明涉及金属材料腐蚀疲劳试验领域，具体涉及一种腐蚀与疲劳耦合作用的结构件协同加速试验方法。

背景技术

金属结构件在使用过程中，随着时间的推移，必然会逐渐发生腐蚀，腐蚀会引起构件表面出现孔洞、蚀坑、裂纹和腐蚀层等缺陷，导致构件有效受力截面几何尺寸减小，构件承载能力和耗能性能也随之降低。然而，对于金属结构件，在遭受大气环境腐蚀的同时还需承受风、波浪、车辆等疲劳荷载的持续和交变作用，疲劳损伤虽不至于造成钢构件立即发生失效破坏，但是长期累积损伤作用下结构承载和变形能力会显著降低，致使结构或构件所承受荷载或变形在远低于其自身抗力情况下发生脆性断裂破坏。腐蚀会降低钢材强度和降低疲劳寿命，而疲劳又促进了腐蚀的发生和发展，两者之间相辅相成，共同促进构成了腐蚀疲劳耦合损伤问题。目前，针对金属结构件腐蚀疲劳的加速试验方法多以在疲劳试验的基础上加上腐蚀环境，并未考虑腐蚀速率与疲劳加载速率之间的匹配问题，难以实现腐蚀与疲劳耦合作用下金属结构件定量损伤的协同加速试验。

发明内容

本发明的目的是提供一种考虑腐蚀与疲劳耦合作用的结构件协同加速试验方法，该方法能够实现对腐蚀与疲劳损伤的定量控制，实现腐蚀与疲劳耦合作用下金属结构件定量损伤的协同加速试验。技术方案如下：

一种考虑腐蚀与疲劳耦合作用的结构件协同加速试验方法，包括下列步骤：

(a)确定金属结构件在一定年限内预期达到的腐蚀程度η₁与疲劳损伤程度η₂。

(b)将结构件与惰性电极置于腐蚀容器中，结构件与直流电源的正极连接，惰性电极与电源负极连接，其中结构件除腐蚀部位外进行密封处理，记结构件的腐蚀部位面积为A，确定通电加速腐蚀的电流密度为i，则通电加速腐蚀的电流大小I＝i·A；

(c)将置于腐蚀容器中的结构件与疲劳加载装置进行连接；

(d)在腐蚀容器中加入与腐蚀环境相对应的电解腐蚀溶液，以达到自然腐蚀条件下相近的腐蚀形貌；

(e)根据目标腐蚀量与疲劳程度计算通电腐蚀时间与疲劳加载频率：根据法拉第定律，电极上通过的电量Q与该电极上发生化学反应的物质的量m成正比，即：Q＝mF，对于通电腐蚀而言：Q＝I·t，因此，则通电时间为式中：F为法拉第常数，t为通电时间(s)，m₀为试件的初始质量(g)，Δm为发生锈蚀的质量(g)，n为金属通电腐蚀失去的电子数，M为金属的摩尔质量(g/mol)，根据通电时长，确定疲劳加载频率式中：N_f为金属结构的疲劳寿命；

(f)同时打开电源开关与疲劳加载装置开关，对结构件进行腐蚀疲劳耦合加载，在达到预定的通电时间t后，同时关闭直流电源与疲劳加载装置。

步骤(d)中，模拟海水腐蚀环境可用质量分数为3.5％的NaCl溶液。步骤(d)中模拟大气腐蚀环境可用醋酸钠与氯化钠的混合溶液。

附图说明

图1为结构件中腐蚀部位与非腐蚀部位示意图；

图2为结构件与腐蚀容器和电源连接示意图；

图3为放入腐蚀容器中的结构件与疲劳加载装置进行连接后的加载示意图。

具体实施方式