[发明专利]海洋工程结构的大尺度模型腐蚀疲劳试验系统及方法

说明书

本发明公开了一种海洋工程结构的大尺度模型腐蚀疲劳试验系统及方法，系统包括海洋腐蚀环境模拟单元，其包括海水及腐蚀带区模拟装置和海洋大气模拟装置，为开展海洋工程结构的大尺度模型腐蚀疲劳试验提供湿度、温度、光照、盐雾、海水含氧量以及酸碱度环境条件，设于所述海洋腐蚀环境模拟单元的试样夹具，设于所述海洋腐蚀环境模拟单元顶部并延伸至所述试件上方的疲劳载荷加载单元，用于配合所述海水及腐蚀带区模拟装置、海洋大气模拟装置实现腐蚀环境与疲劳载荷的实时耦合；以及试验数据测量单元，用于实现试验数据采集，使试验模拟环境更加逼近真实的海洋环境，提高海洋工程结构物腐蚀疲劳试验的模拟度以及疲劳寿命预报的准确度。

技术领域

本发明属于结构腐蚀疲劳试验技术领域，更具体地，涉及一种针对海洋工程结构物大尺度节点模型腐蚀疲劳试验装置及方法。

背景技术

海洋环境是最为严酷的自然腐蚀环境，海洋工程结构物在服役过程中面临着腐蚀和疲劳的双重损伤。当海洋工程结构遭受交变载荷(疲劳)和腐蚀环境(腐蚀)的联合作用时，常常会产生因开裂或断裂而提前失效的现象，称为“腐蚀疲劳”。“腐蚀疲劳”不是单纯的“腐蚀损伤”和“疲劳损伤”的简单叠加，两种损伤之间存在着明显的耦合加速效应。因此“腐蚀疲劳”的破坏性远远超过单一的“腐蚀”或“疲劳”。据统计资料显示，近90％的海洋工程结构物失效是由腐蚀引发，而腐蚀疲劳占事故总数的近30％。由此可见，腐蚀疲劳在海洋工程领域具有普遍性和危害性。

开展腐蚀疲劳试验一直是研究腐蚀疲劳行为影响的主要方法和手段，也是获得腐蚀环境下结构疲劳性能(寿命、裂纹萌生及扩展)最直接有效的方式。长期以来，由于试验条件和手段等的限制，所开展的腐蚀疲劳试验大多还停留在材料和小型构件的层面，而且还存在很多不足。例如：所模拟的腐蚀环境还比较单一，大多是单一的盐雾环境、单一的高温或高湿环境、单一的人工海水或盐水溶液环境，能模拟复杂、时变海洋服役环境的试验装置还未出现。其次，目前针对某些大尺度结构件所开展的腐蚀疲劳试验，则并没有做到真正意义上的“腐蚀与疲劳耦合试验”，“腐蚀”与“疲劳”被割裂开了，称为“腐蚀—疲劳交互试验”。

对于海洋工程结构物来说，一方面结构尺度较大，另一方面其面临的海洋腐蚀环境非常复杂，开展足尺或接近足尺的模型试验更能真实地反映结构物的疲劳性能，可为结构抗疲劳设计提供更加接近实际的原始试验数据，从而改进结构抗疲劳设计和评价方法。但现有腐蚀疲劳试验装置，如专利文献CN101986224B、CN200972450Y及CN111855552A等公开的腐蚀疲劳试验装置，仅可依靠“环境盒”来开展小型标准试件层面的盐雾和/或海水腐蚀试验，针对海洋工程结构物，一方面其结构尺度较大，另一方面其结构不是“标准试件”，传统“环境盒”式的腐蚀疲劳试验装置已不能满足针对海洋工程结构物的试验需求；此外，传统的海洋结构腐蚀疲劳试验装置，如CN111413266A和CN108414360A等，其针对系泊锚链及深海高压三点弯曲结构进行腐蚀疲劳试验，一方面未能对海洋结构物的服役环境条件进行全面模拟，如结构物所处海洋环境的湿度、温度、光照、盐雾、海水含氧量及酸碱度等，而且不能实现环境条件参数的动态调节，此外，传统的腐蚀疲劳试验装置，不能针对海洋结构物所处的海洋大气区、飞溅区、潮差区、全浸区等多带区海洋腐蚀环境进行模拟。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种海洋工程结构的大尺度模型腐蚀疲劳试验系统及方法，试验所需的复杂海洋腐蚀环境条件参数，包括湿度、温度、光照、盐雾、海水含氧量以及酸碱度等，可根据试验对腐蚀加速倍率的需求行实时动态调节，配合疲劳载荷加载单元实现腐蚀环境与疲劳载荷的实时耦合，并通过试验数据测量单元实现试验数据采集。本系统模拟的腐蚀环境更加逼近真实的海洋腐蚀环境，提高了试验的模拟度和准确度，且可适用于大尺度的结构(节点)模型试验，更能真实地反映结构物的腐蚀疲劳性能，提高海洋工程结构物疲劳寿命预报的准确度，突破了长期以来仅仅依靠“环境盒”开展小型构件和材料层面腐蚀疲劳试验的限制。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种海洋工程结构的大尺度模型腐蚀疲劳试验系统，包括：