[發(fā)明專利]彈性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710271740.2
• 申請(qǐng)日: 2017-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108732033B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐連勇;鄔棟?rùn)?quán);荊洪陽(yáng);韓永典;趙雷;呂小青
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N3/18
• 分類號(hào): G01N3/18;G01N1/28
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠(chéng)知識(shí)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(kāi)了一種彈性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)方法，在Davies工作的基礎(chǔ)上，提出了考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)模型。利用韌性耗散損傷模型，引入了拘束參量Q計(jì)算考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏凇Ｊ褂镁o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：能夠在結(jié)構(gòu)中簡(jiǎn)潔有效的預(yù)測(cè)出彈性瞬態(tài)蠕變條件下蠕變?cè)杏凇?/p>

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)在彈性瞬態(tài)蠕變條件下的蠕變?cè)杏诠こ膛R界評(píng)價(jià)，就是確定當(dāng)高溫結(jié)構(gòu)中存在表面裂紋且處在彈性瞬態(tài)蠕變應(yīng)力條件下時(shí)，評(píng)價(jià)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(guó)霧霾天氣的主要成因之一，而燃煤發(fā)電是我國(guó)目前最主要的發(fā)電方式，該趨勢(shì)將長(zhǎng)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(duì)其進(jìn)行科學(xué)精確的壽命評(píng)估。

幾十年來(lái)，對(duì)于高溫下含裂紋構(gòu)件，國(guó)外發(fā)展了多種高溫蠕變壽命的評(píng)定規(guī)范和方法。蠕變?cè)杏谑侨渥冞^(guò)程中經(jīng)歷時(shí)間最長(zhǎng)的階段，孕育期的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)對(duì)于高溫結(jié)構(gòu)的蠕變壽命預(yù)測(cè)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(cè)模型，考慮了蠕變過(guò)程應(yīng)力變化的完整性，但是結(jié)構(gòu)的拘束效應(yīng)對(duì)孕育期的影響并未得到研究；近些年來(lái)科研人員對(duì)于拘束效應(yīng)對(duì)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(duì)部件的服役壽命造成了重大影響。大量針對(duì)于高溫蠕變情況下拘束效應(yīng)的研究也廣泛展開(kāi)。因此建立考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)模型，可以更加準(zhǔn)確完整地評(píng)估復(fù)合加載結(jié)構(gòu)的蠕變?cè)杏凇?/p>

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)缺陷，而提供一種彈性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)方法。

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)明在Davies工作的基礎(chǔ)上，提出了考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)模型。利用韌性耗散損傷模型，引入了拘束參量Q計(jì)算考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏凇Ｊ褂镁o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)明的彈性瞬態(tài)蠕變條件下考慮拘束效應(yīng)的蠕變?cè)杏陬A(yù)測(cè)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(duì)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?cè)囼?yàn)；

S3：通過(guò)蠕變有限元模擬可以獲得計(jì)算含拘束效應(yīng)CT試樣孕育期所需要的必要參數(shù)，在塑性條件下，計(jì)算孕育期主要包括以下步驟：

(2)首先計(jì)算瞬態(tài)蠕變條件下的拘束參量Q_RR，其計(jì)算公式為：

(I)中：是利用有限元計(jì)算得出的裂紋前沿處的張開(kāi)應(yīng)力值，單位是MPa，σ₀是材料的屈服強(qiáng)度，單位是MPa,參見(jiàn)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.)；