海洋薄液环境下高强钢点阵波纹夹芯板腐蚀机理及其对力学性能退化的影响机制

The mechanical properties such as load bearing, energy absorption of high strength steel lattice corrugated sandwich panels are seriously affected by corrosion in marine thin electrolyte environment. Owing to massive welding joints and complex force environment, this project is mainly to study the macro and micro corrosion failure behaviors and its influence on degradation of mechanical properties, for instance, load bearing, energy absorption, bending resistance and low velocity impact resistance, of low carbon high strength E690 steel lattice corrugated sandwich panels in marine thin electrolyte environment. In this project, the inhomogeneity of microstructure and mechanical properties of weld and corrugated core of the steel corrugated panel will be deeply analyzed. The macro and micro corrosion effects of weld and corrugated core are defined, the macro and micro mechanisms and key controlling factors, which lead to the degradation of mechanical properties of corrugated steel plate, are proposed. To establish the internal relationship among microstructure, electrochemistry, mechanical properties, a profound understanding of corrosion failure mechanisms of high strength steel lattice corrugated sandwich panel is achieved for the principal control mechanism of mechanical propertiy degradation from the aspects of material science and electrochemistry. The findings have great scientific importance and practical value to enrich the mechanisms of mechanical degradation and to provide theoretical basis for enhance the selection, optimization and safety evaluation of high strength steel lattice corrugated sandwich panel material in marine corrosion environment.

高强钢点阵波纹三明治夹芯板在海洋薄液环境下腐蚀失效严重影响其承载、能量吸收等力学性能。本项目以E690低碳高强钢点阵波纹三明治夹芯板为研究对象，针对高强钢波纹板焊接点多、承载后受力复杂等特点，探索其在海洋薄液环境中的宏、微观腐蚀失效机理及其对承载、能量吸收等力学性能退化的影响机制。项目将深入解析高强钢波纹板焊缝及波纹芯体微观组织结构及力学性能不均匀性，明确焊缝不同组成相及芯体不同应变量之间的宏、微观腐蚀效应，揭示导致高强钢波纹板力学性能退化的主控机制，建立波纹板失效处材料微观组织结构—电化学—力学性能之间的内在联系，从材料学和电化学角度深入揭示高强钢波纹板腐蚀导致其力学性能退化的影响机制。研究结果不仅能进一步丰富完善高强钢波纹板在海洋服役环境下的腐蚀规律及其对力学性能影响机制，还能为拓宽海洋工程用高强钢波纹板材料制造工艺选择、优化与安全评价提供理论依据，具有重要的科学意义和实际应用价值。

材料的轻量化和多功能化已成为我国海洋工程装备发展中的重要趋势，超轻点阵多孔金属材料因其相较于泡沫金属材料具有更高的刚度和强度在海洋工程中具有广泛的应用前景，但目前对超轻多孔金属材料在海洋环境下的研究鲜有报道，研究超轻多孔金属材料在海洋环境中的腐蚀行为具有重要的科学意义。本项目以低碳高强钢超轻点阵波纹三明治夹芯结构为研究对象，探索不同面板及芯体参数点阵波纹三明治结构在模拟海洋腐蚀环境中的力学行为。通过室内腐蚀试验平台的搭建及有限元模仿模拟技术，研究了在准静态面外压缩、三点弯曲、低速冲击等力学条件下不同海洋腐蚀环境因素对E690高强点阵波纹三明治夹芯结构承载、能量吸收、弯曲、单向低速冲击等力学行为的影响规律。研究结果表明，在均匀腐蚀的条件下，外面板的腐蚀对力学性能的影响最小；内板和芯板的腐蚀大大降低了结构的力学性能，并出现了新的变形模式。考虑腐蚀时间的影响，力学性能从差到好为:外面板+内面板>内面板>外面板。并且，随着腐蚀时间的延长，这种差异变得更加明显，说明在海洋腐蚀环境中应采取必要的腐蚀防护措施来保护面板的腐蚀，特别是面板内部的防腐蚀极为重要。在存在局部腐蚀尤其是点腐蚀存在的情况下，波纹结构芯体的点蚀可大大降低E690高强钢波纹板的准静态压缩和低速冲击力学性能，而点蚀对外面板的力学性能没有显著影响。测试及模拟的力学性能随点蚀深度和局部腐蚀表面积（DOP）的增加而下降，且DOP的影响大于点蚀深度的影响。外面板DOP对三点弯曲力学性能的影响小于芯体。因此，应严格控制芯体的局部腐蚀，防止对结构力学性能产生不利影响。基于应力腐蚀及腐蚀疲劳裂纹萌生过程的不确定性，建立了考虑点蚀萌生、扩展、裂纹扩展及断裂耦合效应的失效物理模型，提出的点蚀损伤物理模型为时变性能极限状态函数，包括裂纹转变、裂纹扩展和断裂失效机理，验证了在考虑机械应力和腐蚀环境耦合作用的失效物理模型下，提出的腐蚀可靠性方法具有较高的有效性和精度。