【摘要】：作為超(超)臨界機(jī)組主要部件的首選材料,P91馬氏體耐熱鋼長期處于高溫、高壓條件下,致使蠕變成為影響其服役壽命的主要原因。為了系統(tǒng)研究P91鋼的蠕變行為,本文從本構(gòu)方程構(gòu)建和有限元模擬兩方面分別對其在不同條件下的蠕變持久實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行損傷分析與壽命評估。首先,在不同條件下對P91鋼進(jìn)行單軸蠕變持久實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,結(jié)合蠕變損傷模型Kachanov-Rabotnov模型(K-R模型)、雙曲正弦模型(Sinh模型)及Liu and Murakami模型(Liu-M模型)分別對其進(jìn)行本構(gòu)方程構(gòu)建,并與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較后選取最優(yōu)模型。隨后,利用ABAQUS軟件中UMAT接口實(shí)現(xiàn)對最優(yōu)模型的有限元二次開發(fā),以便分別模擬P91鋼在恒應(yīng)力與變應(yīng)力條件下的高溫蠕變行為。最后,通過進(jìn)行相應(yīng)蠕變實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證有限元模擬結(jié)果的有效性。具體研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1)在580℃和620℃條件下分別對P91鋼進(jìn)行單軸拉伸實(shí)驗(yàn),得到了相關(guān)力學(xué)性能參數(shù)。在此基礎(chǔ)上,分別進(jìn)行了恒應(yīng)力與變應(yīng)力的蠕變持久實(shí)驗(yàn),并獲得了完整蠕變曲線。結(jié)果表明,等溫度條件下,應(yīng)力越大蠕變壽命越短,例如580℃時,外加應(yīng)力從180MPa增加到200MPa,蠕變時間分別從631h縮短到139h;同時應(yīng)力突然變化也會嚴(yán)重縮短其蠕變壽命。2)結(jié)合Sinh模型、Liu-M模型和K-R模型,分別對上述P91鋼蠕變曲線進(jìn)行了擬合分析。結(jié)果顯示:Sinh模型和Liu-M模型均能克服K-R模型的限制,與實(shí)際情況相符合;同時,與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較后表明Sinh模型擬合結(jié)果最好,Liu-M模型次之,K-R模型最差;3)通過對ABAQUS軟件中UMAT用戶接口的分析,成功構(gòu)建了基于Sinh模型的P91鋼本構(gòu)方程,并進(jìn)行了給定相應(yīng)條件下的有限元模擬。結(jié)果表明:模擬結(jié)果與實(shí)測蠕變曲線高度重合。由此可知,利用開發(fā)的UMAT用戶子程序可以方便、準(zhǔn)確地對P91鋼高溫蠕變行為進(jìn)行有限元模擬;4)利用上述開發(fā)的UMAT用戶子程序分別預(yù)測了P91鋼恒應(yīng)力與變應(yīng)力條件下的高溫蠕變壽命。計算結(jié)果顯示,恒應(yīng)力結(jié)果與ECCC數(shù)據(jù)相一致,表明基于Sinh模型預(yù)測P91鋼長時蠕變的有效性。變應(yīng)力結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致,為工程應(yīng)用下的變應(yīng)力情況提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：西北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG142.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2804171