【摘要】：蠕變損傷和斷裂是高溫部件的主要失效模式。材料的蠕變裂紋起裂時間和裂紋擴(kuò)展速率受試樣和部件幾何拘束的影響。因此需要發(fā)展納入拘束效應(yīng)的含裂紋高溫部件的蠕變壽命評價(jià)方法。本文基于新發(fā)展的面內(nèi)與面外統(tǒng)一裂尖拘束參數(shù)Ac,通過大量有限元計(jì)算,對寬范圍不同幾何和尺寸試樣的蠕變裂尖拘束進(jìn)行了表征,分析了其與不同尺寸管道裂紋拘束的關(guān)聯(lián)。研究了材料蠕變性能對不同幾何試樣拘束參數(shù)Ac的影響及P92鋼拘束相關(guān)的蠕變裂紋擴(kuò)展速率。研究工作及得到的主要結(jié)論如下:(1)基于大量有限元計(jì)算,系統(tǒng)研究了不同幾何試樣(C(T)、SEN(T)和M(T))的厚度比B/W,寬度W和裂紋深度a/W對統(tǒng)一裂尖拘束參數(shù)Ac的影響規(guī)律,得到了這些試樣的拘束參數(shù)解。研究表明,試樣的厚寬度比B/W對拘束的影響最大,其次是寬度W的影響,裂紋深度a/W對拘束的影響不明顯。對于一定的試樣尺寸W和裂紋深度a/W,隨試樣厚寬度比B/W的增加,試樣拘束增大,蠕變裂紋起裂時間變短,裂紋擴(kuò)展速率加快。在測量材料的蠕變裂紋起裂時間和裂紋擴(kuò)展速率時,應(yīng)重點(diǎn)考慮B/W和W對結(jié)果的影響。(2)對上述計(jì)算得到的不同幾何尺寸的C(T),SEN(T)和M(T)試樣的拘束參數(shù)Ac值與不同裂紋尺寸(a/t,a/c)的管道內(nèi)表面軸向裂紋和環(huán)向裂紋的拘束Ac值進(jìn)行了系統(tǒng)比較分析和關(guān)聯(lián)研究。得到了與不同尺寸范圍的管道裂紋拘束相匹配的試樣幾何和尺寸。在含不同裂紋尺寸的管道蠕變壽命評價(jià)中,這些關(guān)聯(lián)結(jié)果可用來選擇與管道裂紋拘束匹配的標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)試樣尺寸。對于深而長的高拘束管道裂紋,也可避免較低拘束的標(biāo)準(zhǔn)試樣數(shù)據(jù)的使用所可能產(chǎn)生的非保守評定。(3)材料蠕變性能對不同幾何試樣拘束參數(shù)Ac的影響研究表明,隨材料蠕變指數(shù)n的增加,拘束參數(shù)Ac減小,拘束水平增大。低面內(nèi)拘束和面外拘束的試樣Ac對蠕變指數(shù)n較為敏感,并且隨著n的減小,敏感性增加。對于低指數(shù)n的低拘束含裂紋結(jié)構(gòu),在拘束參數(shù)Ac的工程估算中需要考慮指數(shù)n,的影響,對于較高指數(shù)n的高拘束結(jié)構(gòu),指數(shù)n的影響可以不考慮。建立了不同幾何拘束試樣的Ac與n的關(guān)聯(lián)式。(4)基于不同幾何尺寸的C(T)試樣實(shí)驗(yàn)測得的P92鋼的蠕變裂紋擴(kuò)展速率數(shù)據(jù),結(jié)合這些試樣的蠕變拘束參數(shù)Ac的有限元計(jì)算,研究建立了 P92鋼的蠕變裂紋擴(kuò)展速率與統(tǒng)一拘束參數(shù)Ac的關(guān)聯(lián)式。其可用于P92鋼含裂紋構(gòu)件的拘束相關(guān)的蠕變裂紋擴(kuò)展壽命計(jì)算。
【圖文】：

０．０邐０．２邐０．４邐０．６邐０．８邐１．０邐１．２逡逑Ｔｒｕｅ邋ｓｔｒａｉｎ逡逑圖２．１邋Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ鋼在５６６Ｘ：下的真應(yīng)力－應(yīng)變曲線Ｉ＂丨逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｔｒｕｅ邋ｓｔｒｅｓｓ—ｓｔｒａｉｎ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ邋ｓｔｅｅｌ邋ａｔ邋５６６邋°Ｃ［９９】逡逑表２．邋２邋Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ鋼的２ＲＮ蜻變本構(gòu)參數(shù)ｌ５１，Ｓ２，＂ｌ逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．２邋Ｔｈｅ邋２ＲＮ邋ｃｒｅｅｐ邋ｍｏｄｅｌ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ�。担�，５２＇＂１逡逑應(yīng)力邐Ｊ（ＭＰａ＿ｎｈ＿１）邐ｎ逡逑0－＜２５０ＭＰａ邐１＝７．２６ｘ１０－２６邐ｎ邋尸邋８＿７５逡逑0－＞２５０ＭＰａ邐山＝３．５３ｘ１０－３６邐？２＝１３．０８逡逑２．２．２試樣幾何和有限元建模逡逑本文分析的試樣幾何形狀包括緊湊拉伸（Ｃ（Ｔ））試樣、單邊缺口拉伸（ＳＥＮ（Ｔ））試樣逡逑和中心裂紋拉伸（Ｍ（Ｔ））試樣，它們常用作測量材料的ＣＣＩ和ＣＣＧ數(shù)據(jù)。三種試樣的幾逡逑何及尺寸如圖２．２所示，其中Ｆ為試樣寬度，ａ為初始裂紋深度，５為試樣厚度；ＳＥＮ（Ｔ）逡逑試樣，Ｍ（Ｔ）試樣，Ｃ（Ｔ）試樣的Ｗ分別是２，邋４和０．７１邋（Ｚ是試樣高度）。為了表征和逡逑研究寬范圍試樣尺寸對蠕變裂尖拘束的影響，通過改變裂紋深度比Ｗ（Ｗ＝０．３，０．５和逡逑０．７）和試樣寬度Ｆ（灰＝５０，２５，邋１２＿５，邋６．２５和３．１２５ｍｍ）改變面內(nèi)拘束；通過改變試樣厚逡逑度比（５／ＰＴ＝ｌ／１６

邐（ｂ）邐（0逡逑圖２．２試樣的幾何和尺寸，⑷Ｃ（Ｔ），（ｂ）ＳＥＮ（Ｔ），（ｃ）Ｍ（Ｔ）逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ邋ａｎｄ邋ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ：邋（ａ）邋Ｃ（Ｔ），邋（ｂ）邋ＳＥＮ（Ｔ），邋（ｃ）邋Ｍ（Ｔ）．逡逑表２．３邋Ｃ（Ｔ），邋ＳＥＮ（Ｔ），邋Ｍ（Ｔ）試樣的尺寸逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．３邋Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｃ（Ｔ），邋ＳＥＮ（Ｔ），邋Ｍ（Ｔ）邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ．逡逑試樣邐Ｗ邋（ｍｍ）邐ａ／Ｗ邐Ｂ／Ｗ逡逑１００邐０３，０．５，０．７邐１／１６，１／８，，１／６，１／４，１／２，１邐＾逡逑５０邐０３，０．５，０．７邐１／１６，１／８，１／６，１／４，１／２，１逡逑２５邐０．３
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O346.1

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本文編號：2656132