Sanicro25鋼在高溫下具有高蠕變強(qiáng)度、高防腐蝕性等良好性能,成為新一代超超臨界火電機(jī)組中的過熱器和再熱器管道的重要材料。但是構(gòu)件在高壓高溫強(qiáng)腐蝕條件中長時間工作時易發(fā)生蠕變斷裂,使得構(gòu)件失效,精準(zhǔn)預(yù)測蠕變損傷壽命對管道的使用和設(shè)計具有非常重要的意義。本文以Sanicro25鋼為研究對象,利用有限元模擬和解析計算方法計算分析了適用于預(yù)測此鋼高溫蠕變壽命的本構(gòu)模型,對壽命外推預(yù)測效果較好的蠕變延性模型的蠕變延性參量與蠕變應(yīng)變速率的關(guān)系進(jìn)行了分析,論文的主要研究內(nèi)容如下:(1)分別應(yīng)用時間-溫度參數(shù)法的Manson-Harferd模型、包含一個損傷變量的改進(jìn)Kachanov-Rabotnov蠕變損傷力學(xué)模型、包含三個損傷變量的Dyson蠕變損傷力學(xué)模型、基于蠕變孔洞長大和微裂紋作用的蠕變延性模型,基于Sanicro25鋼的蠕變數(shù)據(jù),對不同應(yīng)力水平下的蠕變壽命進(jìn)行預(yù)測,分析了不同本構(gòu)模型的蠕變持久壽命預(yù)測的精度。研究發(fā)現(xiàn):蠕變延性模型比其他三個模型都更加吻合試驗數(shù)據(jù)點的發(fā)展趨勢,其他三個模型會不同程度地高估或過于低估Sanicro25鋼的蠕變壽命,從工程應(yīng)用角度,使用蠕變延性模型預(yù)測高溫構(gòu)件的壽命更能保證設(shè)備的安全使用。(2)考慮蠕變延性與蠕變應(yīng)力/蠕變應(yīng)變速率的相關(guān)性,建立蠕變延性值隨蠕變應(yīng)變速率變化的數(shù)量關(guān)系,獲得在變化的應(yīng)力值下的有差異的蠕變延性值,并代入了有限元計算,研究發(fā)現(xiàn):考慮蠕變延性與平均蠕變應(yīng)變速率、最小蠕變應(yīng)變速率的相關(guān)性后與原來的模擬計算結(jié)果不相同,相比基于平均蠕變應(yīng)變速率的預(yù)測結(jié)果,基于最小蠕變應(yīng)變速率對蠕變延性隨應(yīng)力值的變化取值后的預(yù)測結(jié)果與實驗值匹配度更高。(3)根據(jù)能量守恒原理和熵守恒原理,加之考慮了蠕變延性隨蠕變應(yīng)力的變化規(guī)律,以及基于蠕變激活能理論融合了構(gòu)建的應(yīng)力與激活能的關(guān)系式,推導(dǎo)出兩個壽命預(yù)測解析計算模型。經(jīng)過與實驗數(shù)據(jù)的對比分析,這些模型不僅方法簡單,而且具有較高的預(yù)測精度,為高溫構(gòu)件損傷評估和壽命預(yù)測提供了新的方法和思路。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG142.71
【部分圖文】：

2.2.2 單軸蠕變試樣的制備單軸蠕變試樣采用圓棒狀，其尺寸形式和加工方式參照GB/T 2039－2003標(biāo)準(zhǔn)《金屬拉伸蠕變及持久試驗方法》，試樣形狀和尺寸設(shè)計如圖2-1所示。蠕變試樣的加工依照鋼管縱向的滾軋方向。圖 2-1 單軸蠕變試樣設(shè)計2.2.3 單軸蠕變試驗本文中的單軸蠕變試驗是利用電子高溫持久蠕變試驗機(jī)進(jìn)行，型號是CSS-3910，對Sanicro25鋼母材的標(biāo)準(zhǔn)蠕變試樣進(jìn)行單軸蠕變拉伸試驗，考慮到我國的即將發(fā)展的新一代火電站超超臨界鍋爐工作時，過熱器和再熱器部位的不同溫度，設(shè)計了分別在700℃，725℃和750℃三種溫度下，180MPa、200MPa、220MPa、240 MPa四個不同應(yīng)力水平下的單軸蠕變試驗。試驗情況如表2-3所示。表 2-3 Sanicro25 鋼的單軸蠕變試驗方案溫度/℃ 應(yīng)力/MPa700 180 200 220 240725 180 200 220 240750 180 200 220 2402.2.4 單軸蠕變試驗的結(jié)果和分析Sanicro25奧氏體耐熱鋼的單軸蠕變拉伸試驗中的應(yīng)變與時間的關(guān)系數(shù)據(jù)，繪出在不同溫度和不同的應(yīng)力水平下的應(yīng)變—時間曲線

圖 3-1 等應(yīng)力線擬合-2 所示為利用最小二乘法優(yōu)化后的各個等應(yīng)力線的擬合直線分(Ta，lgta)。(1-8)和式(1-9)可得：lg = ( )( 0+ 1 + 2 2 + 3 3 )+ 小二乘法對式(3-2)中的 c0，c1，c2，c3四個待定常數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。表 3-1 列出了 M-H 模型的待定參數(shù)的優(yōu)化值。

圖 3-3 試驗值與 MH 模型預(yù)測曲線進(jìn)的 Kachanov-Rabotnov(K-R)模型有限元模擬基于蠕變曲線建立的蠕變參數(shù)唯象模型，Kachanov-Rabotnov(改進(jìn)形式最為普遍接受并廣泛應(yīng)用在高溫管道的蠕變壽命模選取了劉彥[32]考慮蠕變損傷局部性的改進(jìn)的 K-R 蠕變本構(gòu)模20)-(1-22)所示。進(jìn)的 K-R 模型的參數(shù)擬合表 2 的數(shù)據(jù)以及最小二乘法對式(1-18)-(1-20)進(jìn)行擬合�？傻� K-R 模型的參數(shù)如表 3-2 所示。參數(shù) α 通過對模擬結(jié)果曲線獲得[48]，取值為 0。
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本文編號：2894273