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(guò)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(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)易發(fā)生蠕變斷裂,使得構(gòu)件失效,精準(zhǔn)預(yù)測(cè)蠕變損傷壽命對(duì)管道的使用和設(shè)計(jì)具有非常重要的意義。本文以Sanicro25鋼為研究對(duì)象,利用有限元模擬和解析計(jì)算方法計(jì)算分析了適用于預(yù)測(cè)此鋼高溫蠕變壽命的本構(gòu)模型,對(duì)壽命外推預(yù)測(cè)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?jī)?nèi)容如下:(1)分別應(yīng)用時(shí)間-溫度參數(shù)法的Manson-Harferd模型、包含一個(gè)損傷變量的改進(jìn)Kachanov-Rabotnov蠕變損傷力學(xué)模型、包含三個(gè)損傷變量的Dyson蠕變損傷力學(xué)模型、基于蠕變孔洞長(zhǎng)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(duì)不同應(yīng)力水平下的蠕變壽命進(jìn)行預(yù)測(cè),分析了不同本構(gòu)模型的蠕變持久壽命預(yù)測(cè)的精度。研究發(fā)現(xiàn):蠕變延性模型比其他三個(gè)模型都更加吻合試驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì),其他三個(gè)模型會(huì)不同程度地高估或過(guò)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(cè)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(jì)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(lái)的模擬計(jì)算結(jié)果不相同,相比基于平均蠕變應(yīng)變速率的預(yù)測(cè)結(jié)果,基于最小蠕變應(yīng)變速率對(duì)蠕變延性隨應(yīng)力值的變化取值后的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)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(gè)壽命預(yù)測(cè)解析計(jì)算模型。經(jīng)過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,這些模型不僅方法簡(jiǎn)單,而且具有較高的預(yù)測(cè)精度,為高溫構(gòu)件損傷評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)提供了新的方法和思路。
【學(xué)位單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TG142.71
【部分圖文】：

2.2.2 單軸蠕變?cè)嚇拥闹苽鋯屋S蠕變?cè)嚇硬捎脠A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(yàn)方法》，試樣形狀和尺寸設(shè)計(jì)如圖2-1所示。蠕變?cè)嚇拥募庸ひ勒珍摴芸v向的滾軋方向。圖 2-1 單軸蠕變?cè)嚇釉O(shè)計(jì)2.2.3 單軸蠕變?cè)囼?yàn)本文中的單軸蠕變?cè)囼?yàn)是利用電子高溫持久蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)進(jìn)行，型號(hào)是CSS-3910，對(duì)Sanicro25鋼母材的標(biāo)準(zhǔn)蠕變?cè)嚇舆M(jìn)行單軸蠕變拉伸試驗(yàn)，考慮到我國(guó)的即將發(fā)展的新一代火電站超超臨界鍋爐工作時(shí)，過(guò)熱器和再熱器部位的不同溫度，設(shè)計(jì)了分別在700℃，725℃和750℃三種溫度下，180MPa、200MPa、220MPa、240 MPa四個(gè)不同應(yīng)力水平下的單軸蠕變?cè)囼?yàn)。試驗(yàn)情況如表2-3所示。表 2-3 Sanicro25 鋼的單軸蠕變?cè)囼?yàn)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?cè)囼?yàn)的結(jié)果和分析Sanicro25奧氏體耐熱鋼的單軸蠕變拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)變與時(shí)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(shí)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(gè)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(duì)式(3-2)中的 c0，c1，c2，c3四個(gè)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(yàn)值與 MH 模型預(yù)測(cè)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(duì)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(guò)對(duì)模擬結(jié)果曲線獲得[48]，取值為 0。
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本文編號(hào)：2894273