[發(fā)明專利]一種高鉻鋼材料熱力學(xué)響應(yīng)及疲勞-蠕變損傷的預(yù)測方法

有效

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• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108931448B
• 公開（公告）日: 2021-08-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王炯;蔡曉丹
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32;G01N3/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡克永

本發(fā)明公開了一種高鉻鋼材料熱力學(xué)響應(yīng)及疲勞?蠕變損傷的預(yù)測方法；其包括本構(gòu)模型建立、材料參數(shù)確定、數(shù)值積分算法設(shè)計以及損傷分析等。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明能準確模擬高鉻鋼材料在不同加載條件下的熱力學(xué)響應(yīng)，并能對材料的疲勞、蠕變以及疲勞?蠕變的交互損傷進行分析。這將為運行在復(fù)雜多變環(huán)境下的超臨界發(fā)電機組構(gòu)件的壽命預(yù)測和安全設(shè)計標準提供更為合理可靠的理論模型。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高溫高壓構(gòu)件在超臨界發(fā)電機組中使用時的安全設(shè)計與剩余壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種高鉻鋼材料熱力學(xué)響應(yīng)及疲勞-蠕變損傷的預(yù)測方法。

背景技術(shù)

為保障發(fā)電機組中的高溫高壓構(gòu)件安全穩(wěn)定運行，構(gòu)件通常采用抗蠕變合金材料制造。其中高鉻鋼作為一類新型抗蠕變合金材料，在高溫高壓條件下具有優(yōu)良的性能，目前已被廣泛應(yīng)用于超臨界電廠的高溫高壓設(shè)備制造中，并被視為制造下一代超超臨界發(fā)電機組的理想材料。

在高溫和復(fù)雜加載條件下，高鉻鋼構(gòu)件將面臨著蠕變、疲勞和氧化腐蝕等不同機制所誘導(dǎo)的損傷問題。科研人員對高鉻鋼材料的高溫蠕變性能和低周疲勞特性都進行了系統(tǒng)的實驗研究[1-12]。根據(jù)實驗結(jié)果，可觀察到高鉻鋼材料的高溫蠕變具有下述主要特征：1)整個蠕變過程可分為三個階段，分別為瞬時蠕變、穩(wěn)態(tài)蠕變和加速蠕變階段[1]，其中穩(wěn)態(tài)蠕變階段發(fā)生在達到最小蠕變率時，持續(xù)時間最長；2)材料的最小蠕變速率與應(yīng)力在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，在對數(shù)坐標中呈線性關(guān)系[3,4]；3)平均蠕變斷裂時間與應(yīng)力在一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，在對數(shù)坐標中呈線性關(guān)系[3,4]；4)高鉻鋼材料焊接件的蠕變強度遠小于其母材的蠕變強度，因此發(fā)電機組構(gòu)件焊接部位的第Ⅳ型蠕變斷裂將威脅到設(shè)備的總體安全運行[6]。對于高鉻鋼材料的低周疲勞損傷，研究人員對其在周期載荷條件下的熱力學(xué)響應(yīng)也進行了系統(tǒng)的測量，并開展了部分復(fù)雜載荷條件下的實驗研究。Kim and Lim[7]深入分析了P92鋼焊接件在周期梯形波載荷作用下的斷裂屬性。Marek et al.[8]測量了高鉻鋼在同相和不同相熱力載荷作用下的疲勞壽命。Fourier et al.[9]對不同的高鉻鋼材料在蠕變-疲勞交互作用下的熱力學(xué)響應(yīng)進行了測量和比較。Junak G and Ciésla[10]研究了P91和P92鋼在變幅周期載荷條件下的低周疲勞屬性。Saad[11]通過恒溫循環(huán)、加載-停留、熱力疲勞等實驗，對P91和P92鋼的循環(huán)塑性應(yīng)變屬性進行了系統(tǒng)的研究。Cui et al.[12]研究了瞬態(tài)溫度變化對高鉻鋼疲勞屬性的影響。