[發(fā)明專利]塑性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變孕育期預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710270920.9
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN108733860B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐連勇;鄔棟權(quán);荊洪陽;韓永典;趙雷;呂小青
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G01N3/28
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎;李薇

本發(fā)明公開了一種塑性瞬態(tài)蠕變條件下含拘束效應(yīng)蠕變孕育期預(yù)測方法，在Davies工作的基礎(chǔ)上，提出了考慮拘束效應(yīng)的塑性瞬態(tài)蠕變條件下蠕變孕育期的預(yù)測模型。利用韌性耗散損傷模型，引入了拘束參量Q計算考慮拘束效應(yīng)的蠕變孕育期。使用緊湊拉伸試樣(CT)施加主載荷進(jìn)行蠕變模擬實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出了修正的塑性瞬態(tài)蠕變條件下蠕變孕育期預(yù)測模型，從而提出一種簡化的塑性條件下蠕變孕育期預(yù)測方法，因此能夠在結(jié)構(gòu)中簡潔有效的預(yù)測出塑性條件下蠕變孕育期。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及考慮拘束效應(yīng)的高溫結(jié)構(gòu)在塑性瞬態(tài)蠕變條件下的蠕變孕育期工程臨界評價，就是確定當(dāng)結(jié)構(gòu)中存在表面裂紋且處在塑性瞬態(tài)蠕變應(yīng)力條件下時，評價此高溫結(jié)構(gòu)的蠕變裂紋萌生壽命。

背景技術(shù)

燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)是我國霧霾天氣的主要成因之一，而燃煤發(fā)電是我國目前最主要的發(fā)電方式，該趨勢將長期存在。因此，除了改變能源結(jié)構(gòu)，發(fā)展高效潔凈的超超臨界(USC)機(jī)組是節(jié)能減排的重要途徑之一。然而，蒸汽溫度和壓力等參數(shù)的提高導(dǎo)致機(jī)組關(guān)鍵高溫管道的服役環(huán)境非常惡劣，特別是管道中存在裂紋、未焊透、焊接氣孔和夾渣等各種缺陷，嚴(yán)重威脅機(jī)組的安全運(yùn)行，需要對其進(jìn)行科學(xué)精確的壽命評估。

幾十年來，對于高溫下含裂紋構(gòu)件，國外發(fā)展了多種高溫蠕變壽命的評定規(guī)范和方法。蠕變孕育期是蠕變過程中經(jīng)歷時間最長的階段，孕育期的準(zhǔn)確預(yù)測對于高溫結(jié)構(gòu)的蠕變壽命預(yù)測具有重要意義；Davies等人基于韌性耗散模型提出的孕育期預(yù)測模型，考慮了蠕變過程應(yīng)力變化的完整性，但是結(jié)構(gòu)的拘束效應(yīng)對孕育期的影響并未得到研究；近些年來科研人員對于拘束效應(yīng)對蠕變裂紋擴(kuò)展的影響進(jìn)行了大量的研究。拘束效應(yīng)廣泛的存在于加工制造的高溫部件中，并且對部件的服役壽命造成了重大影響。大量針對于高溫蠕變情況下拘束效應(yīng)的研究也廣泛展開。因此建立考慮拘束效應(yīng)的蠕變孕育期預(yù)測模型，可以更加準(zhǔn)確完整地評估復(fù)合加載結(jié)構(gòu)的蠕變孕育期。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明在Davies工作的基礎(chǔ)上，提出了考慮拘束效應(yīng)的塑性瞬態(tài)蠕變條件下蠕變孕育期的預(yù)測模型。利用韌性耗散損傷模型，引入了拘束參量Q計算考慮拘束效應(yīng)的蠕變孕育期。使用緊湊拉伸試樣(CT)施加主載荷進(jìn)行蠕變模擬實(shí)驗(yàn)。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的塑性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變孕育期預(yù)測方法，包括以下步驟：

S1：建立模型：所述模型包括CT試樣本體，所述CT試樣本體的中部前端設(shè)有槽，槽的后部設(shè)有缺口，CT試樣本體上還設(shè)有上主載荷銷孔、下主載荷銷孔，上主載荷銷孔、下主載荷銷孔上下對應(yīng)設(shè)置，分別設(shè)置在槽的上下兩端；

S2：缺口后部插入預(yù)制裂紋，槽、缺口、預(yù)制裂紋在同一平面上，利用銷子在上主載荷銷孔、下主載荷銷孔施加主載荷，進(jìn)行高溫蠕變試驗(yàn)；

S3：通過蠕變有限元模擬可以獲得計算含拘束效應(yīng)CT試樣孕育期所需要的必要參數(shù)。計算孕育期主要包括以下步驟：

(1)首先計算瞬態(tài)蠕變條件下的拘束參量Q_RR，其計算公式為：

(Ⅰ)中：是利用有限元計算得出的裂紋前沿處的張開應(yīng)力值，單位是MPa，σ₀是材料的屈服強(qiáng)度，單位是MPa,參見文獻(xiàn)：(Zhao L,Xu L,Han Y,Jing H.Two-parameter_characterization of _constraint effect induced by specimen size on creep crackgrowth.Engng Fract Mech 2012；96:251–66.)，

(Ⅰ)中：σ₂₂是利用HRR應(yīng)力場(塑性裂紋尖端應(yīng)力場)計算得出的裂紋前沿的張開應(yīng)力值，單位是MPa，