海军导弹装备结构件腐蚀寿命预测研究
赵建印，王玺，刘星
（海军航空大学，山东 烟台 264000）
摘要：针对装备腐蚀影响导弹战备值班时间、技术状态完好性等问题，通过分析海军导弹装备结构件腐蚀特点及服役环境特点，基于Wiener-Einstein过程随机理论，研究给出了导弹结构件腐蚀量增长下的退化失效模型，基于腐蚀量数据特点，给出了腐蚀寿命模型参数估计方法，该方法可为海军导弹装备腐蚀寿命预测、岛礁导弹装备维修决策、保障等工作提供技术支持和理论指导。
关键词：导弹装备；腐蚀；寿命预测；腐蚀控制
海军导弹装备在服役过程中会反复经历运输、库房贮存、阵地值班等不同任务，导弹装备在阵地上值班过程中的质量状态、可靠性水平是表征其作战效能的重要方面。环境是影响导弹装备质量状态、可靠性的重要因素。导弹装备使用环境主要为我国东南沿海及海上岛礁，属于亚热带、热带海洋性气候，具有长期高温、高湿、高盐雾、雨量充沛、日照时间长、太阳辐射强度大等特征。高温、高湿、高盐雾、淋雨、高太阳辐射、砂尘等应力综合作用，会产生强烈的腐蚀效应，因此，腐蚀问题是目前海军导弹装备可靠性工作中面临的关键问题之一。
上述例子中“二二乎乎、大大咧咧”中，A“二、大”是成词语素，有实际意义，B“乎、咧”都没有实际意义，在这里可以看做是词缀。
在环境谱及加速腐蚀研究方面，文献[1]研究了某飞机半封闭部位局部环境谱的构建及当量加速关系，文献[2]则对当量加速腐蚀条件下飞机结构耐久性评估方法进行了研究；文献[3-6][3][5]研究了当量加速环境谱的编制方法；文献[7-10]对飞机或其他结构件腐蚀环境下的寿命预测、评估问题进行了研究。从文献上看，对岸防导弹装备开展腐蚀寿命预测的研究并不多，文中结合导弹装备任务特点，基于加速腐蚀试验原理，研究了基于加速腐蚀的导弹装备腐蚀寿命预测方法，提出的方法可为岸防导弹装备腐蚀寿命预测、维修保障等工作提供支持。
港珠澳大桥总长约55 km，是目前世界最长的跨海大桥，并拥有世界最长的沉管海底隧道。大桥建造包含了基建、防锈、防腐、防水、抗台风等多方面内容，沥青、涂料、防水材料等石化产品在其中发挥了巨大作用。
1 腐蚀问题分析
高盐雾浓度是海军导弹装备使用环境最显著的特点之一，也是引起导弹装备损坏的主要环境因素。东南沿海地区的温度、湿度和盐雾构成具有较强腐蚀性的盐雾环境。我国东南沿海地区主要环境条件：高温记录极值为40 ℃；高露点温度记录极值为26~28 ℃；最大相对湿度为100%；年平均湿度为86%（海南加积地区平均值）；年降水量为2077 mm（海南加积地区19年平均值）；年日照时间为2225 h，太阳辐射量为568.75 kJ/cm2；高盐雾浓度，海南榆林基地大气中的氯化钠含量见表1。
表1 海南榆林基地大气中的氯化钠含量
海军导弹装备的腐蚀问题主要为各类车辆底盘、车舱、结构件、螺钉铆钉、紧固件、铭牌等部位的腐蚀生锈。车辆底盘腐蚀生锈主要存在于尾气管、支架、蹬车踏板等部位；车上方舱腐蚀生锈主要存在于舱口踏板、基座下部、结构件、紧固螺栓（含放松垫圈）、舱外绞件、电缆插头、液压管路和阀件等部位。
从导弹装备中出现的腐蚀来看，腐蚀形态主要有以下几种。
1）全面腐蚀，即遍布金属整个表面或连成一片的腐蚀破坏。在海洋性气候中，缺乏有效防护的金属表面或表面防护层失效，被破坏的金属表面极易发生此类腐蚀。导弹装备中由于漆层脱落（漆层老化、磕碰等原因），往往会导致此类腐蚀。
设
时刻
的分布密度为
，则：
从牧场到餐桌，好牛奶依赖好奶源。据了解，燕塘乳业从90年代开始就率先推行“公司+牧场”的特色原奶供应模式，一方面，着力建设自有高端奶源基地，以规模化、集约化、标准化打造现代化的国家级示范牧场，目前已拥有红五月、澳新及新奥三个奶源示范基地；另一方面，与广东省内外十多个规模化大中型牧场建立了长期战略合作关系，充分发挥自有示范牧场的示范效应，带动战略合作牧场全面提升。
3）缝隙腐蚀，铆接、焊接、螺钉紧固等方式连接时，在连接的部位会形成缝隙，缝隙处金属发生强烈的选择性腐蚀破坏。
根据式（1），构件腐蚀均值函数为
，则可将
时刻容值退化量表示为：
车辆舱表面生锈主要是表面漆龟裂、裂开表面鼓泡等问题导致的，表面漆龟裂、裂开是由于以下原因：涂漆前用腻子刮平舱体外表面，腻子较厚，容易吸潮或干燥不够，涂层干燥胀裂所致；在底漆尚未干透的情况下喷面漆，导致面漆粘结不牢；喷涂底漆前清洗不到位，外表面残留有油液、灰尘、水汽等，导致底漆粘附不牢固，出现裂纹或脱落现象；底漆的浓度也对面漆的粘附影响较大，过稀则面漆粘固不牢，过稠则面漆呈块状，有裂纹。
舱表面鼓泡是由于方舱铆钉封堵不充分造成水积累，形成水泡。金属件锈蚀或局部出现锈迹是由于舱表面漆脱落，使金属层直接暴露于大气，引起锈蚀。大部分导弹装备有不同程度的掉漆和锈蚀现象主要有以下原因：使用中经常磕碰，导弹装备表面掉漆；表面漆与底漆附着不紧造成掉漆；掉漆后未及时补漆，引起锈蚀；部分死角表面处理不到位，引起锈蚀。
选健康雄性KM小鼠25只，随机分成为5组。设0.67、1.33、2.66 g/kg·BW三个剂量组，溶剂对照组（蒸馏水）及阳性对照组（环磷酰胺40 mg/kg·BW）。以最大灌胃容量20 mL/kg·BW每日灌胃给予受试物，连续5 d。
铭牌长期暴露于空气中和太阳辐射下，引起变色。由于未及时涂油，铭牌锈蚀。对于经常涂油维护的铭牌，油脂容易吸附空气中的灰尘和其他杂质，使油脂变黑，铭牌字体被黑色油脂覆盖。
财政部要求，各地要继续支持深入推进贫困县涉农资金整合工作，按照《国务院办公厅关于支持贫困县开展统筹整合使用财政涉农资金试点的意见》等文件要求，开展贫困县涉农资金整合试点的省（自治区、直辖市），安排贫困县的资金增幅不得低于该项资金平均增幅。分配给贫困县的资金一律采取“切块下达”，资金项目审批权限完全下放到县，不得指定具体项目或提出与脱贫攻坚无关的任务要求。各地要严格按照有关文件精神和要求，提前谋划，切实管好用好财政专项扶贫资金，确保资金精准高效使用。
腐蚀条件下的导弹装备结构件寿命一般包括腐蚀潜伏期和腐蚀扩展期两个阶段：腐蚀潜伏期是指腐蚀出现前结构件的寿命区间，潜伏期的长短与结构件金属表面的漆层/镀层、装配密封等腐蚀防护手段密切相关；腐蚀扩展期则指腐蚀自可检状态扩展至结构件因为腐蚀降低至限制载荷时的寿命区间。由于导弹装备进入扩展期后，其腐蚀防护层已经被破坏，其腐蚀速率主要决定于结构材料种类和腐蚀环境介质。研究导弹装备的腐蚀寿命的重点是研究导弹装备在特定腐蚀环境下的腐蚀速率，因此，这里只考虑腐蚀扩展期。1916年起，美国试验与材料学会通过积累的大量腐蚀数据的规律分析，认为金属的大气腐蚀量和时间满足以下幂函数方程[11]：
曾晓东：对程校长来说，他不仅是一个领导，还是一个老大哥，带这么一支年轻的教师队伍，对他的智力和耐心肯定都是一个很大的挑战。
电缆绝缘层及护套有裂纹、破损、掉漆主要有以下原因：电缆绝缘层和护套长期暴露于空气和太阳辐射条件下，容易老化，经常插拔、弯曲，导致外皮出现裂纹，甚至破损；电缆护套为可伸缩形式，表面不平整，漆层不易附着在护套外表，弯曲后容易掉漆；电缆盘局部锈蚀是由于电缆盘暴露于潮湿空气中，活动部位（如电缆盘锁）润滑不够，易腐蚀。
2 腐蚀寿命模型
结构件产生腐蚀生锈一方面影响导弹装备外观，另一方面会影响导弹装备的力学性能。导弹装备结构件腐蚀破坏的主要形态是应力腐蚀和点蚀。金属的应力腐蚀会导致结构件中裂纹的产生及断裂。应力腐蚀破坏是一种自发过程，当处于腐蚀环境的金属或合金承受工作应力时，就可能产生应力腐蚀破坏。
液压系统零部件变色腐蚀主要有以下原因：运动部件经常摩擦，表面润滑油容易消耗掉，失去油脂的保护，使部件生锈；油缸部件由于材料耐腐蚀性能不高，易锈蚀；在整车喷砂处理过程中，被少量砂粒击中，表面镀层受到影响。
衡量结构件腐蚀损伤的物理量一般取蚀坑深度、质量损失、腐蚀面积、结构表面涂层的绝缘电阻等，这些量之间是存在统计关系的，这里取蚀坑深度作为腐蚀量。由于海岛及海岸腐蚀环境恶劣，腐蚀时间较短（时间单位按天计算，而非按年），所以这里近似认为
，即
。由于个体间差异的随机性，同一类构件在同一种环境下表现出来的腐蚀情况也有所不同。一般来说，随着使用时间的增长，各产品个体间腐蚀差异会越来越大，呈喇叭口状。一维情况下的Brown运动被称为Wiener-Einstein过程[13]，设
表示时刻微粒的坐标，
。设
，则位移
是许多相互独立的微小位移之和。由中心极限定理，应服从正态分布，根据Brown运动的特性，有
，而方差与(
)成正比，即
，因此，
。另外，该位移过程具有独立增量，即对于任意
（
），诸增量
相互独立，这就是Wiener-Einstein过程。根据该随机过程的特性，可以用它来描述构件腐蚀个体间状态差异随时间的变化情况。
(1)
式中：为腐蚀量；为腐蚀扩展时间；
、
为模型参数。
我国于1995年开始建立大气腐蚀试验数据，更多试验数据表明，金属（包括金属镀层）在土壤、海水、河水等环境条件下腐蚀量和时间之间的关系，均可用幂函数形式表示[12]。因此，研究岸防导弹装备结构件腐蚀寿命预测时，采用幂函数方程来表征其腐蚀扩展规律。
3)病虫防治。以预防为主的综合防治，推广应用杀虫灯和性诱剂诱杀害虫技术。药剂防治选用生物农药和高效低毒低残留化学农药。病害主要以防治纹枯病、稻瘟病为主，虫害以防治稻飞虱、稻纵卷叶螟、二化螟为主。
4）剥蚀，即腐蚀沿着晶界进行，是一种晶间腐蚀的类型。通常在涂层破损的地方发生。
(2)
其中服从Wiener-Einstein过程，即
，
为未知参数。
当腐蚀达到某阈值
的时刻，即为腐蚀失效，即：
(3)
该式的含义为：
，
且
，即：
(4)
2）电偶腐蚀，不同腐蚀电位的两种或两种以上金属（或同一个金属的两个部位），在电解质溶液中接触时，造成局部腐蚀。
(5)
设结构件的失效概率分布密度函数为
，则：
(6)
求的关键是求出
。文献[13]在研究Wiener-Einstein过程首达时分布时，通过在
处定义一个吸收栏，利用Kolmogorov前向方程给出了的形式，为：
(7)
则：
(8)
其中
，为标准正态分布函数，
为其密度函数。
对应的结构件的失效分布函数为：
1.2.1 综合治疗 患者均给于正畸矫治前给予牙周常规治疗，由医护人员向患者讲解口腔卫生知识宣教，指导患者养成正确的刷牙方法与刷牙习惯。针对患者牙周进行修复，常规龈上洁治、龈下刮治[3]，根据患者牙周情况制定相应的牙周手术。定期检查患者病情，记录治疗过程与病情控制情况，牙周治疗结束后观察3～5个月，牙周病症控制后开始正畸矫治。
(9)
式中：A、为失效分布函数的未知参数；
为退化失效阈值，已知。
3 腐蚀寿命模型参数估计方法
可利用结构件随时间变化的腐蚀数据对其寿命模型进行估计，即利用统计数据，估计模型（8）中的未知参数与。一般腐蚀数据形式可为
，其中
表示第
个样品的第
次测量所得的腐蚀数据。
由于
，可以采用极大似然估计进行求解。
方法点睛 第(3)小题要确定点a的取值范围，关键是分层(a>0和a<0)分类，多面(当a<0时，顶点在线段BC上方和BC上)讨论，思维含量较大，学生易出现漏解或无从下手的现象．此问若能借助所画的图象，挖掘图中隐含关系，用变化的眼光去观察和研究图形，在抛物线与x轴交点确定的前提下，以静制动，最终捕捉、定格出符合条件的图形，这样就能直观“看”出“数”与“形”的奇妙联系，从而能有效解决a的取值范围．此问运用有效构图，并非无中生有，而是建立在对已知条件和待求点充分观察、思考的基础上，才敢于“创新”，因此降低了问题的抽象程度．可谓平中见新，出奇制胜．
由式（2）可得，不同时刻
、
（
）时的腐蚀量的差
，服从正态分布
，因此利用数据，可得各测量时刻间的腐蚀增量为
，（
）。由此腐蚀增量数据，可得到未知参数与的似然函数：
(10)
利用方程组
，
即可求得参数与极大似然估计值
，
。
4 结语
导弹装备腐蚀目前是海军导弹装备在使用过程中面临的重要关键问题之一，腐蚀问题不止影响导弹装备的作战效能，对导弹装备维修、保障等工作也影响巨大。文中针对导弹装备腐蚀问题，基于导弹装备结构件腐蚀机理，给出了结构件腐蚀寿命的概论模型，并进一步给出了模型参数求解方法。该方法可为海军导弹装备腐蚀寿命预测、岛礁导弹装备维修保障等工作提供技术支持。
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Corrosion Life Prediction of Naval Missile Structure Parts
ZHAO Jian-yin, WANG Xi, LIU Xing
(Naval Aviation University, Yantai 264000, China)
ABSTRACT: Aiming at equipment corrosion affecting missile operational readiness time and technical condition integrity, the degradation failure model of missile structural parts under the increase of corrosion amount was given based on Wiener-Einstein process stochastic; parameter estimation method for corrosion life model was given based on the characteristics of corrosion amount data according to the analysis of the corrosion characteristics and service environment characteristics of naval missile structural parts. This method can provide technical support and theoretical guidance for corrosion life prediction of naval missile equipment, maintenance and support of island-reef missile equipment.
KEY WORDS: missile equipment; corrosion; life prediction; corrosion control
DOI：10.7643/ issn.1672-9242.2019.04.009
中图分类号：TG172.5
文献标识码：A
文章编号：1672-9242(2019)04-0051-04
收稿日期：2018-10-17；
修订日期：2018-11-14
作者简介：赵建印（1976—），男，河北衡水人，博士，副教授，主要研究方向为装备通用质量特性。