[發(fā)明專利]一種利用硬度對熱老化材料低周疲勞壽命的無損預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010552564.1
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111859619B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳旭;郭燦;孫興悅;石守穩(wěn)
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G16C60/00;G06F119/04
• 代理公司: 天津盛理知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 霍慧慧

本發(fā)明涉及一種利用硬度對熱老化材料低周疲勞壽命的無損預(yù)測方法，其特征在于：所述預(yù)測方法的步驟為：S1、測量并獲得未老化及老化材料的應(yīng)變?壽命曲線；S2、測量材料在未老化及熱老化過程中的表面硬度，并建立材料硬度與循環(huán)強(qiáng)度系數(shù)K’與循環(huán)應(yīng)變硬化指數(shù)n’的數(shù)學(xué)關(guān)系；S3、將步驟S2中建立的K’與n’的數(shù)學(xué)關(guān)系代入Basquin?Manson?Coffin方程中，確立表面硬度與疲勞壽命的數(shù)學(xué)關(guān)系；S4、獲得硬度與預(yù)測疲勞壽命之間的通用關(guān)系。本發(fā)明設(shè)計(jì)科學(xué)合理，測量簡便快速，提高預(yù)測效率，能夠?yàn)椴牧系氖褂冒踩峁┍Ｕ希煌瑫r(shí)，僅需未老化及少量老化試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)此材料下對所用老化溫度和時(shí)長下的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測，大大減少了實(shí)驗(yàn)數(shù)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱老化下的疲勞壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及低周疲勞壽命預(yù)測，特別涉及一種利用硬度對熱老化材料低周疲勞壽命的無損預(yù)測方法。

背景技術(shù)

核電用材料長期處于280～320℃范圍內(nèi)時(shí)易發(fā)生相轉(zhuǎn)變導(dǎo)致熱老化脆性，使得材料的塑性、韌性降低而硬度、脆性增加，從而增加了構(gòu)件突發(fā)失效的可能性,影響核電站的安全運(yùn)行。研究表明，熱老化主要由不銹鋼中鐵素體相的不穩(wěn)定性造成，包括鐵素體的調(diào)幅分解及在鐵素體與奧氏體相界處發(fā)生的析出反應(yīng)等。

疲勞就是材料在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下，在一處或幾處產(chǎn)生永久性累積損傷，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的過程。而疲勞破壞是核電材料的主要失效形式。尤其是在熱老化下的低周疲勞破壞更是核電材料的最主要的失效形式。因此對于熱老化下的低周疲勞分析在設(shè)計(jì)中占有重要的地位。

在工程設(shè)備的設(shè)計(jì)與壽命評估工作中，往往需要通過試驗(yàn)測試材料的低周疲勞壽命，作為材料設(shè)計(jì)與評估的依據(jù)。但由于加速老化試驗(yàn)所需要的時(shí)間很長，而工程應(yīng)用上往往不具備充足的老化時(shí)間。因此，以原始態(tài)材料的疲勞壽命為基礎(chǔ)進(jìn)行老化材料的壽命預(yù)測對于材料的壽命評估具有重要意義。

在工程設(shè)備的設(shè)計(jì)與壽命評估工作中，Basquin-Manson-Coffin被廣泛采用。研究發(fā)現(xiàn)，核電材料熱老化后的疲勞壽命能用Basquin-Manson-Coffin公式進(jìn)行預(yù)測：

其中：是總應(yīng)變塑性振幅，σ′_f是疲勞強(qiáng)度系數(shù)，b是疲勞強(qiáng)度指數(shù)，∈′_f是疲勞延性系數(shù)，c是疲勞延性指數(shù)。

而硬度是材料的一個(gè)基本性能，且在熱老化中，硬度隨著熱老化時(shí)間的變化而變化，根據(jù)硬度進(jìn)行疲勞壽命的預(yù)測，充分考慮到了使用過程中強(qiáng)化的變化特征，使疲勞壽命預(yù)測更加科學(xué)和準(zhǔn)確。且硬度的測量簡單方便，對材料表面也沒有太大的傷害，因此，通過表面硬度變化進(jìn)行預(yù)測是一種簡單、快速的無損預(yù)測方法。

本專利申請將硬度引入疲勞壽命的檢測公式，能夠直接利用熱老化過程中材料測得的硬度來估算核電材料在熱老化作用下的低周疲勞壽命，為核材料的安全提供有力的保障。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用硬度對熱老化材料低周疲勞壽命的無損預(yù)測方法，測量簡便快速，提高預(yù)測效率，能夠?yàn)椴牧系氖褂冒踩峁┍Ｕ稀?/p>

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種利用硬度對熱老化材料低周疲勞壽命的無損預(yù)測方法，其特征在于：所述預(yù)測方法的步驟為：

S1、測量并獲得未老化及老化材料的應(yīng)變-壽命曲線；

S2、測量材料在未老化及熱老化過程中的表面硬度，并建立材料硬度與循環(huán)強(qiáng)度系數(shù)K’與循環(huán)應(yīng)變硬化指數(shù)n’的數(shù)學(xué)關(guān)系；

S3、將步驟S2中建立的K’與n’的數(shù)學(xué)關(guān)系代入Basquin-Manson-Coffin方程中，確立表面硬度與疲勞壽命的數(shù)學(xué)關(guān)系；

S4、獲得硬度與預(yù)測疲勞壽命之間的通用關(guān)系：