为什么理解应力集中系数(Kt)在评估金属结构腐蚀时很重要

在金属表面形成的腐蚀有可能改变其机械性能，例如抗弯强度、轴向强度、疲劳极限，弹性等。由此造成的损伤最终会导致材料承载能力的整体下降延展性．通过确切地知道特定的机械性质受到影响，可以使用工程分析来评估结构的当前条件，并在操作负荷下预测其预期性能。一个受金属结构腐蚀损坏存在影响的这种性质是应力集中因子（k_t）．

在本文中，我们将详细解释应力集中因子，并在评估金属结构腐蚀时探讨其有用性。

应力集中系数(K_t）？

要了解应力集中因子如何用于评估腐蚀结构，首先掌握概念压力和压力集中。应力定义为每个单位区域的身体所提供的电阻量。

地点:

公称应力

f =施加力

A =材料的总横截面积

它是表达在施加的载荷下连续体中施加在连续体中的颗粒的内部力的物理量。通常，物体往往更强大（提供更大的抵抗力形变)，当这些内力均匀分布在它的面积。换句话说，在整个材料中有一个均匀的应力流动。

然而，材料截面或形状的突然变化(也称为不连续)将导致该区域应力流动的突然变化。角、空腔、沟槽和裂缝会突然改变应力流动的方向，并在不连续处引起高度局部应力集中(也称为应力升高或应力升高)。这些不连续面处的应力值可能比材料其他均匀区域的名义应力大许多倍。

应力集中系数定义为材料中的最大应力(通常是在不连续处)与总截面面积的参考名义应力的比值。

地点:

σ_马克斯=最大应力

σ_裁判=参考应力

参考应力通常取于物体无间断的均匀区域。K._t值用作指示器以确定如何集中在给定材料中的应力是多么的。比率为1表示不存在不连续性。不连续性自然会产生高于参考压力的应力值，因此导致k_t值大于1。K越高_t值，应力浓度的强度越大，因此最大应力值越高。

腐蚀对应力集中有什么影响?

如果材料形状的突然变化会导致应力集中的增加，那么我们就可以看到对金属的腐蚀损伤底物会影响K值_t给定材料部分的值。（相关阅读：腐蚀对材料抗拉强度和延展性的影响．)

点状腐蚀，例如，是一种高度局部腐蚀形式，其特征是在材料中形成孔洞或空腔。点蚀可由以下几个因素引起:

• 本地化化学攻击这导致保护性损坏氧化膜或涂层
• 保护涂层局部损坏或应用不良
• 组件的金属结构中的非均匀元素

这种类型的腐蚀被认为比均匀腐蚀由于它相对难以预测，检测和设计。如果留下未经处理的，点蚀不仅会导致材料厚度损失，而且会导致损坏区域周围的过度应力浓度的积聚，这可以超过材料的容量（屈服应力)，从而导致失败。一些关于疲劳的研究，应力腐蚀开裂和其他失效机制的真实部件，都发现在断裂表面的原点处有凹坑。

蚀腐蚀被认为是如此危险，即甚至一个大的部件（例如储存容器或管道）中的一个坑能够导致整个系统的灾难性失败。

计算结构负载承载力的方法

K._t值是预测结构承载能力退化的一个有用参数。如果知道点蚀的程度，工程师可以使用分析方法来分析结构的行为，性能和应力集中在坑周围的施加载荷。例如,K_t可以在典型的工程参考手册中找到数值来计算由点蚀引起的不连续面周围的应力集中，然后可以用它来确定结构中的最大应力。已知最大应力值后，可推荐适当的加固或修复方法，以防止结构破坏。(推荐阅读:6种材料强度的测试．)

另一种可以用来确定应力集中值的方法是有限元分析(FEA)，这涉及到使用专业的工程软件来模拟结构作为一个有限元素的集合。虽然这种方法更精确和彻底，但由于软件和人员的成本，这种方法可能很昂贵。

结论

裂纹很容易从点蚀形成的坑中形核。这就导致了损伤区域周围的过度应力集中，从而导致K_t大于1的值。该值明确指示了指定位置的超应力量，然后工程师将其作为计算的输入:

• 确定结构中的最大预期压力
• 帮助提出关于处理腐蚀损坏的明智决定