[發明專利]一種滯回能密度預測材料蠕變疲勞交互壽命的方法

有效

• 申請號: 201711162310.3
• 申請日: 2017-11-21
• 公開（公告）號: CN108052698B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 蔣文春;黃保科;解學方;張玉財;楊濱;涂善東
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F119/04;G06F119/14
• 代理公司: 青島智地領創專利代理有限公司 37252
• 代理人: 陳海濱

本發明提供一種滯回能密度預測材料蠕變疲勞交互壽命的方法，涉及材料的高溫壽命預測領域。該方法包括以下步驟：步驟S1材料高溫疲勞試驗，確定循環硬化指數以及疲勞滯回能密度；步驟S2材料高溫蠕變疲勞交互試驗，確定蠕變疲勞交互滯回能密度計算需要的參量；步驟S3根據本發明提出的滯回能密度計算方法，計算得出不同保載時間的蠕變疲勞交互試驗的滯回能密度；步驟S4擬合滯回能密度與蠕變疲勞交互壽命間的冪率關系；步驟S5通過配置有限元計算結合本發明擬合的公式，獲得蠕變疲勞交互的計算壽命。本發明有明確的理論依據、清晰的物理意義，能使用滯回能密度精確的預測材料在高溫蠕變疲勞交互下的壽命。

技術領域

本發明涉及材料的高溫壽命預測領域，尤其涉及一種滯回能密度預測材料蠕變疲勞交互壽命的方法。

背景技術

隨著現代工業向高溫、高壓、高速等高參數方向發展，在石油化工、核能電力、航空航天等領域越來越多的設備，例如高溫承壓設備、冶金機械、燃氣輪機等，長期在高溫、高壓以及交變載荷等復雜工況下運行，此類設備的服役往往受疲勞、蠕變和腐蝕等多種因素的制約。尤其是化工行業的高溫承壓設備，如焦炭塔、乙烯裂解爐爐管、加氫反應器等，不僅承受設備本身工作的應力，而且承受高溫致使的蠕變損傷與調峰、運停以及溫度波動等致使的疲勞損傷，蠕變疲勞交互作用是此類設備失效的重要因素。

目前蠕變疲勞交互作用壽命預測方法多是基于損傷評估，根據損傷交互圖確定交互壽命，例如線性累積損傷法、連續損傷力學法等，其中時間數分法和延性耗竭法被廣泛的應用于工程，已經被ASME、R5等規范收錄。由經驗得出的交互圖顯然是種假設，理論依據不強，且此類規范包含較大的安全系數，偏于保守，遠低于最優化的設計準則，可能會導致過度設計或者不可實現設計。

發明內容

基于上述技術問題，本發明提供一種理論依據強且壽命預測準確的滯回能密度預測材料蠕變疲勞交互壽命的方法。

本發明所采用的技術解決方案是：

一種滯回能密度預測材料蠕變疲勞交互壽命的方法，包括以下步驟：

步驟S1：材料控制不同應變幅的純疲勞試驗，得出穩態磁滯回線，獲得應力幅與塑性應變幅，進而確定循環硬化指數以及純疲勞滯回能密度；

步驟S2：材料控制同一應變幅保載不同時間的蠕變疲勞交互試驗，得出應力應變曲線，確定蠕變疲勞交互滯回能密度計算需要的參量；

步驟S3：由步驟S2確定的參量，計算得出不同保載時間的蠕變疲勞交互試驗的滯回能密度；計算方法如下：蠕變疲勞交互半壽命周期穩定磁滯回線的面積視為純疲勞磁滯回線面積減松弛應力所在三角形面積，將三角形視為直角三角形，再結合純疲勞滯回能計算公式，即得出蠕變疲勞交互半壽命周期穩定的滯回能密度；

步驟S4：根據步驟S1及步驟S3計算得出的滯回能密度，擬合滯回能密度與純疲勞和蠕變疲勞交互壽命間的冪率關系；

步驟S5：通過有限元分析軟件獲得步驟S2參量，結合步驟S3提出的滯回能密度計算方法及步驟S4擬合所得的冪率關系，獲得蠕變疲勞交互的計算壽命。

優選的，步驟S1具體過程如下：

在同一坐標系中將不同應變幅的穩態磁滯回線的應力幅Δσ和應變幅Δε_t連線后得到循環曲線Δσ-Δε_t，應變幅與應力幅之間的關系遵循Ramberg–Osgood方程為：

式中，Δε_e、Δε_p分別為彈性應變幅和塑性應變幅，E為彈性模量，K′為循環硬化系數，n′為循環硬化指數；應力幅與塑性應變幅間的冪率關系為：

Δσ＝K′Δε_p^n′ (2)