【摘要】：由于蠕變效應的存在,使得高溫高壓工況下服役設備的安全性面臨著更高的挑戰(zhàn)。以往的高溫結構設計方法中,主要是通過限制結構中的應力以保證其強度,但是結構在長時蠕變下會產生大量變形,這些變形一方面消耗了部件的延性,另一方面可能會導致結構發(fā)生功能性的失效,因而限制應力并不能充分地保證結構的安全。為此在高溫標準中提出了應變設計的相關條款,ASME BPVC第1II卷NH分篇和法國核容器RCC-MR中均對高溫結構的非彈性薄膜應變和非彈性薄膜+彎曲應變提出了限制。但是這些條款目前存在一些爭議,例如沒有考慮這些應變限制條款在含有高應力多軸效應的結構中以及焊縫結構中的適用性和保守性。上述標準中討論的薄膜應變和薄膜+彎曲應變并不能直接獲得,需要對選取路徑進行線性化處理后得到,而針對這些分類應變的求解,國內目前還沒有系統(tǒng)的介紹和算例。為此,本文總結了在ABAQUS中應變線性化的計算流程,并編寫了Matlab語言輔助進行應變張量的求解,通過算例證明這一套求解方法是有效且準確的,在本文后續(xù)的研究中使用該方法求解分類應變。隨后本文使用含有損傷參量的蠕變本構方程,模擬了550℃下316不銹鋼管道的蠕變和550℃下的316不銹鋼焊接管道的蠕變,在分析模擬結果時比較了根據(jù)損傷判定的結構失效時間和按應變設計條款認定的結構失效時間,以考核應變設計條款的保守性和適用性。在模擬316焊接管道的蠕變時,研究了不同的熱影響區(qū)蠕變性能以及焊接坡口角度對分類應變結果的影響。得到了如下結論：1.對于本文模擬的316管道,在考慮應力多軸效應后,ASME NH和RCC-MR中給出的應變限值是保守的。以這些限值認定結構失效時,可以保證結構中的損傷未達到臨界值,因此以上應變設計條款可以用于含有應力多軸效應的結構設計。2.無論是非焊接結構還是焊接結構,薄膜應變的限值總是最先達到,而此時薄膜+彎曲應變未達到限值,因而薄膜應變是首要的考核指標。3.316焊接管道的蠕變模擬結果顯示,焊接結構中的分類應變結果對熱影響區(qū)性能和焊接坡口的變化不敏感,因而ASME NH中的應變設計條款對焊接結構而言可能并不適用,但鑒于這些條款中給出的分類應變限值較小,因而校核結果仍然是保守的。
【圖文】：

圖１．１蠕變應變隨時間變化的曲線逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃｒｅｅｐ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｖｓ．邋ｔｉｍｅ逡逑圖１．１是蠕變應變隨時間的變化曲線示意圖，按不同特征大致分為初始加載階段和逡逑蠕變Ｈ階段。初始加載階段的時間較短，載荷較低時該階段為彈性加載，載荷較高時材逡逑料屈服而發(fā)生塑性變形。隨后的蠕變主要分為Ｈ個階段；蠕變第一階段，該階段由于材逡逑料的強化作用蠕變速率逐漸降低，持續(xù)時間隨載荷的大小而變化；蠕變第二階段，這一逡逑階段的特點是蠕變速率較為穩(wěn)定，可Ｗ認為蠕變速率是常數(shù)；蠕變第Ｈ階段為加速階段，逡逑在這一階段試樣變形加快，部分截面預縮最終導致斷裂。Ｗ上為典型蠕變曲線的幾個階逡逑段，該蠕變曲線的形狀會有隨試驗載荷及溫度的變化發(fā)生一定的變化Ｗ。逡逑了解材料的蠕變行為并準確的描述這一行為，對于高溫結構的設計是非常重要的，逡逑目前描述蠕變行為的理論主要有基于蠕變力學的描述方法、基于連續(xù)介質損傷力學的方逡逑法和參數(shù)外推法等。逡逑１．２．１基于蠕變力學的描述方法逡逑當加載條件為固定載荷時

送個區(qū)域旁邊是熱影響區(qū)（ＨＡＺ），在這個區(qū)域材料被加熱，雖然沒有融化但相當于經逡逑過了快速的熱處理，因此該區(qū)域的組織和性能均發(fā)生了變化；剩余的材料不受影響，即逡逑為母材（ＰＭ）。圖１．２是巧巧９１鋼ＨＡＺ中各種亞區(qū)域的細分和形成過程。逡逑ｍ邐ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ邋ｗｅｌｄ邐ｇ－邋，邐ｉ邋＾N。逡逑３邐＾邋ｓｏｉｉｄ－ｉｉｑｕｉｄ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ邋ｚｏｎｅ邋＾邐＾邐邐邐逡逑Ａ邋ｃｏａｒｓｅ邋ｐｒｉｏｒ邋ａｕｓｔｅｎｉｔｅ邋ｇｒａｉｎｓ＋‘、ｗｏｏ—邋Ｘ邐？？？？？Ｌ＋Ｙ逡逑￡邐：：＼邋ｆｉｎｅ邋ｐｒｉｏｒ邋ｄｅｌｔａ邋ｆｅｒｒｉ悟邋ｇｒ＾ａｉｎｓ邐邐．邐（邐＊邐＇－－逡逑＾邐：ｉ邋＼邐ｊＣＧＨＡＺ．；邐ｙ逡逑客邐：：：＼邋ｇｒａｉｎ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｚｏｎｅ邐。00＿邐／！逡逑ｉｉ邋；Ｖ邋邐邐ｔ；…：邋ｙ逡逑ｇ邋重邋＼ｇｒａｉｎ邋ｒｅｆｉｎｅｄ邋ｚｏｎｅ邋熙夬．；逡逑ｉ；邋：邋ｉ邐＼邋郵郵解fB疇８。。＾；邐邐邐邐邐邐邐逡逑：：邐：：＼＾ｖｅＭｅｍｐｅ巧ｄ邋巧９虹。邐．邐：邐＿邋邋邐逡逑—＼邋ｉｌ邋ｉ邋ｇ逡逑Ｉ邋？邐？邋Ｉ邋］邋ｆ邋Ｉ邋ｉ｜ｉ＇ｉ邋■畫邋１，１邋＇．１邋Ｉ逡逑Ｈｅａｉ邋Ａｆｆｅｃｔ邋食邋Ｃｌ邋之邋ｏｎｅ邐0邐０，，２邐０，４邐０，６邐０，８邐１逡逑＜邐？朗ｒｂｏｎ邋（ｗｌ％３逡逑圖１．２邋ＰＣｒ）９１鋼中的ＨＡＺ區(qū)域的細分和形成過程示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｚｏｎｅｓ邋ｏｆ邋ＨＡＺ邋ｉｎ邋ａ邋ｗｅｌｄ邋ｏｆ邋Ｐ（Ｔ）９１逡逑送樣的焊接組織結構同樣存在于Ｐ９２和ＰＩ２２等鐵素體耐熱鋼（ＣＳＥＦ）中，一般而逡逑言
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG407;TG142.71

【參考文獻】

相關期刊論文 前2條

1 危洪清;;應用Matlab分析三向應力狀態(tài)[J];科技信息(學術研究);2006年09期

2 柳暉;徐國平;;拉森-米勒蠕變壽命預測方法的研究[J];上海師范大學學報(自然科學版);2009年05期

本文編號：2527560