[發明專利]塑性條件下耦合殘余應力和拘束效應的蠕變孕育期預測方法

有效

• 申請號: 201711352974.6
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN109932241B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 徐連勇;鄔棟權;荊洪陽;韓永典;趙雷;呂小青
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/18
• 代理公司: 天津創智天誠知識產權代理事務所(普通合伙) 12214
• 代理人: 王秀奎

本發明公開了一種塑性條件下耦合殘余應力和拘束效應的蠕變孕育期預測方法，在Davies工作的基礎上，提出了耦合殘余應力和拘束效應的蠕變孕育期預測模型。利用韌性耗散損傷模型，引入了與載荷無關拘束參量Q*計算考慮拘束效應的蠕變孕育期。使用緊湊拉伸試樣(CT)施加主載荷進行蠕變模擬實驗，本發明的有益效果：能夠在結構中簡潔有效的預測出塑性條件下蠕變孕育期。

技術領域

本發明涉及耦合殘余應力和拘束效應的高溫結構在塑性條件下的蠕變孕育期工程臨界評價，就是確定當結構中存在表面裂紋且處在塑性應力條件下時，評價此高溫結構的蠕變裂紋萌生壽命。

背景技術

燃煤為主的能源結構是我國霧霾天氣的主要成因之一，而燃煤發電是我國目前最主要的發電方式，該趨勢將長期存在。因此，除了改變能源結構，發展高效潔凈的超超臨界(USC)機組是節能減排的重要途徑之一。然而，蒸汽溫度和壓力等參數的提高導致機組關鍵高溫管道的服役環境非常惡劣，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，嚴重威脅機組的安全運行，需要對其進行科學精確的壽命評估。

幾十年來，對于高溫下含裂紋構件，國外發展了多種高溫蠕變壽命的評定規范和方法。蠕變孕育期是蠕變過程中經歷時間最長的階段，孕育期的準確預測對于高溫結構的蠕變壽命預測具有重要意義；Davies等人基于韌性耗散模型提出的孕育期預測模型，考慮了蠕變過程應力變化的完整性，但是結構的殘余應力以及拘束效應對孕育期的影響并未得到研究；殘余應力、拘束效應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殘余應力和拘束效應的研究也廣泛展開。因此建立耦合殘余應力和拘束效應的蠕變孕育期預測模型，可以更加準確完整地評估復合加載結構的蠕變孕育期。

發明內容

本發明在Davies工作的基礎上，提出了耦合殘余應力和拘束效應的蠕變孕育期預測模型。利用參考應立法，引入了彈性追隨因子Z計算考慮殘余應力的蠕變孕育期。使用緊湊拉伸試樣(CT)通過預壓縮產生殘余應力，并施加主載荷進行蠕變實驗。

為實現本發明的目的所采用的技術方案是：

本發明的塑性條件下耦合殘余應力和拘束效應高溫結構的蠕變孕育期預測方法，包括以下步驟：

S1：建立預測模型，所述預測模型包括CT試樣本體，CT試樣本體的中部前端設有槽，槽的后部設有缺口，槽、缺口在同一平面上，CT試樣本體上還設有上主載荷銷孔、下主載荷銷孔，上主載荷銷孔、下主載荷銷孔上下對稱設置，分別設置在槽的上下兩端。

S2：首先利用上圓銷、下圓銷對CT試樣本體的上下兩端進行預定大小的壓縮加載，然后釋放上圓銷、下圓銷，會在CT試樣本體的缺口附近產生殘余應力分布；

S3：在含有殘余應力的缺口處插入預制裂紋，以進行蠕變試驗；

S4：利用銷子在上主載荷銷孔、下主載荷銷孔施加主載荷，進行高溫蠕變試驗；

S5：通過蠕變有限元模擬可以獲得計算含殘余應力、拘束參量CT試樣孕育期所需要的必要參數。在塑性條件下，計算孕育期主要包括以下步驟：

(1)首先計算復合加載下的應力強度因子，其計算公式為：

(Ⅰ)中：