【摘要】：蠕變裂尖拘束效應對材料與結構的蠕變裂紋擴展速率具有顯著的影響,在高溫結構完整性設計和評定中,需要準確地納入這種影響。裂尖拘束分為面內拘束和面外拘束,對于試樣和結構中的三維裂紋,面內與面外拘束同時存在,其主要受試樣和結構幾何、裂紋尺寸及加載方式等的影響。為在含裂紋高溫結構的蠕變壽命評價中準確地納入裂尖拘束的影響,需要研究和發(fā)展可同時表征面內與面外統(tǒng)一蠕變拘束的參數。本文通過數值模擬、實驗數據和理論分析相結合的方法,主要研究基于裂尖等效蠕變應變的面內與面外統(tǒng)一的蠕變拘束參數Ac;材料的蠕變裂紋擴展速率與統(tǒng)一蠕變拘束參數Ac的關聯(lián);參數Ac統(tǒng)一地表征焊接接頭裂紋的幾何拘束(面內與面外拘束)與材料拘束的能力;基于參數Ac的含軸向和環(huán)向內表面裂紋承壓管道的拘束表征和拘束參數解等。論文主要研究工作與結果如下:(1)采用基于延性耗竭蠕變損傷模型的有限元法模擬得到了不同面內和面外拘束C(T)試樣的蠕變裂紋擴展速率,有限元計算了這些試樣裂尖前的等效蠕變應變�；诹鸭馇暗刃渥儜兊戎稻�所圍的面積,研究定義了一個可同時表征面內與面外蠕變拘束的統(tǒng)一拘束參數Ac。參數Ac可與不同面內和面外拘束試樣的蠕變裂紋擴展速率形成統(tǒng)一的關聯(lián)線,表明Ac對面內和面外拘束同樣敏感,其是一個可以統(tǒng)一表征面內和面外蠕變拘束的參數。進一步分析表明,參數Ac與載荷水平無關,與蠕變時間(t/tred0.7)無關,與等效蠕變應變δc等值線的選取無關。參數Ac的這些特征使其便于進行拘束分析和工程應用。(2)通過三維有限元法,計算了不同幾何和加載方式試樣的拘束參數Ac,探明了參數Ac沿不同試樣厚度的分布規(guī)律及試樣尺寸的影響規(guī)律。對比分析了參數Ac和基于裂尖應力場的蠕變拘束參數R*、h和表征不同幾何和加載方式試樣的寬范圍面內和面外拘束的能力。結果進一步表明,基于裂尖等效蠕變應變的參數Ac可用來準確定量地表征不同試樣中寬范圍的面內和面外拘束及其交互作用。(3)基于不同幾何和加載方式試樣的拘束參數Ac的計算,并結合文獻中這些試樣的蠕變裂紋擴展速率的實驗數據和本文的數值模擬數據,研究建立了Cr-Mo-V鋼和316H鋼的蠕變裂紋擴展速率與拘束參數Ac的統(tǒng)一關聯(lián)式。由關聯(lián)式預測的不同幾何試樣的蠕變裂紋擴展速率與實驗數據吻合。該關聯(lián)式可望用于含裂紋高溫結構的蠕變裂紋擴展壽命評價中,以提高評價的準確性。(4)采用延性耗竭蠕變損傷模型的有限元法模擬得到了不同面內和面外拘束水平焊接接頭C(T)試樣的蠕變裂紋擴展速率,并計算了參數Ac值。研究了參數Ac統(tǒng)一表征焊接接頭裂紋的兒何和材料復合拘束的能力。結果表明,隨幾何拘束和材料拘束的增加,蠕變裂紋擴展速率加快;參數Ac可以同時表征焊接接頭裂紋的幾何拘束(面內和面外拘束)和材料蠕變性能失配引起的材料拘束效應�；趨礎c建立了P92鋼焊接接頭裂紋的幾何與材料統(tǒng)一拘束與蠕變裂紋擴展速率的關聯(lián)式。(5)基于參數Ac,對含軸向和環(huán)向內表面裂紋承壓管道的拘束進行了三維有限元計算表征。計算結果表明,裂紋前沿較深處的蠕變拘束水平比自由表面附近高,參數Ac可以表征管道表面裂紋的面內和面外蠕變拘束。管道裂紋的拘束水平隨裂紋深度a/t的增加和裂紋深長比a/c的減小而增大,隨管道徑厚比Ri/t和壁厚t的增大而升高。計算得到了管道裂紋的拘束參數Ac的有限元解,并擬合得到了計算管道裂紋前沿最深點、表面點及裂紋前沿平均拘束值的經驗公式。
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TB30
【圖文】：

試樣蠕變裂紋擴展實驗的研究，依據不同蠕變載荷條件而提出了楔型沿晶裂紋擴展（Ｗ逡逑型）、晶界孔洞裂紋擴展（Ｖ型）和穿晶裂紋擴展（Ｔ型）三種蠕變裂紋擴展機理，逡逑如圖１．３所示。逡逑（ａ｝逡逑，邐ｖ邋（ｂ）邐？邐＜ｃ）逡逑ｆＰｈ邋，邋ｒ邋－邋＾逡逑１１＾；邐？邋＾，ｒｎｒ逡逑圖１．３邋８００Ｈ合金Ｃ（Ｔ）試樣蠕變裂紋擴展金相圖，Ｗ型（ａ），Ｔ型（ｂ）和Ｖ型（ｃ）丨９９丨逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｍｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｙ邋ｏｆ邋ｃｒｅｅｐ邋ｃｒａｃｋ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｏｆ邋Ｃ（Ｔ）邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ邋ｆｏｒ邋８００Ｈ邋ａｌｌｏｙＷ－ｔｙｐｅ邋（ａ），邋Ｔ－ｔｙｐｅ邋（ｂ）邋ａｎｄ逡逑Ｖ－ｔｙｐｅ邋（ｃ）［９９］逡逑

第１０頁邐華東理工大學博士學位論文逡逑在均質材料中，幾何拘束（結構幾何尺寸、裂紋尺寸及加載方式）影響著裂紋尖端的逡逑應力－應變場［８２＿８５］，從而也影響著ＣＣＧ速率［８９］。在實際工業(yè)中，許多構件都是通過焊逡逑接工藝加工制造的。許多實驗及研究表明，焊接接頭中的材料拘束效應導致了焊接接頭逡逑中應力應變場的復雜分布，最終在焊接接頭中形成局部多軸應力狀態(tài)，從而導致焊接接逡逑頭成為高溫構件中蠕變裂紋起裂（ＣＣＩ）及蠕變裂紋擴展（ＣＣＧ）的薄弱區(qū)域，因此，高溫構逡逑件的蠕變斷裂事故經常發(fā)生在焊接接頭中［４８］。Ｈｏｌｄｓｗｏｒｔｈ［１Ｑ（）］通過對Ｐ９１及Ｐ９２逡逑（９Ｃｒ０．５Ｍ0ｌＷＶＮｂ）鋼焊接接頭的ＣＣＧ實驗證明了接頭中不同微觀組織蠕變損傷的差異逡逑決定了焊接接頭的ＣＣＧ路徑。由于其微觀組織的不同，對于裂紋位于ＩＣＨＡＺ內的Ｐ９１逡逑鋼焊接接頭，其裂紋仍在此區(qū)域內直線擴展（圖１．４（ａ）），而對于同樣裂紋位置的Ｐ９２逡逑鋼焊接接頭，其裂紋既在原始裂紋面內直線擴展也會在成分較為復雜的熔合區(qū)內形成二逡逑次裂紋（ＳＣ）（圖邋１．４（ｂ））。逡逑

（９Ｃｒ０．５Ｍ0ｌＷＶＮｂ）鋼焊接接頭的ＣＣＧ實驗證明了接頭中不同微觀組織蠕變損傷的差異逡逑決定了焊接接頭的ＣＣＧ路徑。由于其微觀組織的不同，對于裂紋位于ＩＣＨＡＺ內的Ｐ９１逡逑鋼焊接接頭，其裂紋仍在此區(qū)域內直線擴展（圖１．４（ａ）），而對于同樣裂紋位置的Ｐ９２逡逑鋼焊接接頭，其裂紋既在原始裂紋面內直線擴展也會在成分較為復雜的熔合區(qū)內形成二逡逑次裂紋（ＳＣ）（圖邋１．４（ｂ））。逡逑一邋￣邋一邋—逡逑。，—Ｉ邐。丨：：＿逡逑—ＰＭ邋ＩｈａｚＩｗｍ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．邋４裂紋位于臨界區(qū)內側的焊接接頭ＣＣＧ損傷圖，（ａ）Ｐ９１焊接接頭，（ｂ）Ｐ９２焊接接頭＿］逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃｒｅｅｐ邋ｄａｍａｇｅ邋ｆｏｒ邋ｔｈｅ邋ｗｅｌｄｅｄ邋ｊｏｉｎｔｓ邋ｗｉｔｈ邋ｉｎｉｔｉａｌ邋ｃｒａｃｋ邋ｌｏｃａｔｅｄ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ＩＣＨＡＺ，邋（ａ）逡逑Ｐ９１邋ｗｅｌｄｅｄ邋ｊｏｉｎｔ，邋（２）邋Ｐ９２邋ｗｅｌｄｅｄ邋ｊｏｉｎｔ［１００］逡逑５３邋＇邐0邋＞邋：邐Ｂａｓｅ逡逑，ｇ邐－－＾＾ｅｐｃｒａｃ，逡逑＝邐ｎ0ｔｃｈ邐Ｃｈａｚ逡逑（ａ）邐（ｂ）逡逑ＢＨ邋Ｉ

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 崔英浩;薛河;郭瑞;楊帆;楊宏亮;;膜致應力對應力腐蝕裂尖力學特性的影響[J];中國科技論文;2016年10期

2 陳金龍;戰(zhàn)楠;張曉川;;基于擴展有限元法的裂尖場精度研究[J];計算力學學報;2014年04期

3 湯笑之;郭雅芳;;鐵中Ⅰ型裂紋裂尖場與裂尖形變機制分析[J];計算力學學報;2011年S1期

4 魏學軍，李勁，王儉秋，柯偉;循環(huán)載荷下裂尖形變規(guī)律的實驗研究[J];金屬學報;1996年01期

5 楊衛(wèi),郭田福,傅增力;裂尖超鈍化:實驗、理論與數值模擬[J];力學學報;1993年04期

6 劉彥;;用計入過渡蠕變效應的裂尖場參量C_m~*關聯(lián)蠕變裂紋擴展速率

本文編號：2769174