[發明專利]適用于判定應力應變混合控蠕變疲勞損傷狀態的通用方法

有效

• 申請號: 202110325998.2
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113514350B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 王小威;張天宇;姜勇;張顯程;鞏建鳴
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱沉雁

本發明公開了一種適用于判定應力應變混合控蠕變疲勞損傷狀態的通用方法，首先在同一溫度下開展多組不同的應變控純疲勞試驗以及蠕變試驗；然后確定應變幅值與壽命的關系以及非彈性應變能密度與非彈性應變能密度率的關系；接著開展多組應變控以及應力應變混合控蠕變疲勞試驗；進而根據應變幅值確定每周的疲勞損傷，根據保載時的應力演化或應變演化，確定每周蠕變損傷；基于損傷預測所述材料在蠕變疲勞載荷下的壽命；最后，根據試樣的累積疲勞和蠕變損傷以及美國ASME III?NH標準規定的雙線性損傷準則，判定試樣在任意時刻的損傷狀態。本發明可以很好地預測材料在應變控以及混合控蠕變疲勞載荷下的壽命，還可以判定試樣在任意時刻的損傷狀態。

技術領域

本發明涉及壽命預測和損傷評定領域，尤其涉及適用于判定應力應變混合控蠕變疲勞損傷狀態的通用方法。

背景技術

在航空和電力領域中，眾多關鍵高溫核心部件往往承受著復雜的蠕變、疲勞以及蠕變疲勞交互的損傷作用。通常，頻繁開停車產生的溫度變化使得這些部件處于應變控制的疲勞載荷中，而裝備持續穩定運行過程中的恒定內壓或者離心力，使高溫部件承受恒應力控制的蠕變載荷作用。因此，目前實驗室采用的傳統應變控制蠕變疲勞試驗很難反映上述高溫部件真實復雜的運行工況。另外，由于傳統應變控蠕變疲勞載荷是通過應變保載期間的應力松弛引入蠕變損傷，導致蠕變損傷容易飽和，難以形成蠕變損傷主導的蠕變疲勞失效模式。所以有必要引入一種能夠產生寬范圍蠕變疲勞損傷的應力應變混合控制蠕變疲勞載荷加載波形。

蠕變疲勞載荷下的損傷識別是裝備設計和制造最為關心的問題之一。目前常用的是線性損傷累積方法。美國ASME III-NH(鍋爐及壓力容器設計規范)以及法國RCC-MR(核島機械設施設計和建造規范)均采用這種方法來評估循環加載過程中的蠕變和疲勞損傷，其中蠕變損傷用時間分數表示，疲勞損傷用壽命分數表示。然而，不同于傳統的應變控蠕變疲勞載荷，在應力應變混合控制蠕變疲勞載荷下，應力保載期間的蠕變變形顯著且應變幅值隨循環周次不斷變化，這些勢必會對現有的壽命預測及損傷評定方法提出挑戰，因此需要發明一種適用于判定應力應變混合控蠕變疲勞損傷狀態的通用方法，以滿足不同載荷作用下蠕變疲勞損傷狀態的識別。

發明內容

本發明的目的在于提供一種適用于判定應力應變混合控蠕變疲勞損傷狀態的通用方法，可以實現材料在應變控制以及應力應變混合控制蠕變疲勞載荷下的壽命預測及損傷評估，且具有適用性廣，精度高，操作簡單等優點。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種適用于判定應力應變混合控蠕變疲勞損傷狀態的通用方法，包括以下步驟：

步驟S1，取相同材料的若干試樣，在同一溫度下對部分試樣進行同應變速率不同應變幅值的應變控制疲勞試驗，獲取疲勞試驗數據，轉入步驟S2；在與應變控制疲勞試驗相同的溫度下對部分試樣開展不同應力的蠕變試驗，獲取蠕變試驗數據，轉入步驟S3；

步驟S2，據疲勞試驗數據，確定任意應變幅值下疲勞試驗的循環壽命，轉入步驟S4；

步驟S3，根據蠕變試驗數據，確定蠕變失效時的非彈性應變能密度與非彈性應變能密度率之間的定量關系，轉入步驟S4；

步驟S4，在同一溫度及同一應變速率下，開展多組應變控制蠕變疲勞試驗以及應力應變混合控制蠕變疲勞試驗，獲得蠕變疲勞試驗的半壽命周次，這些數據將用于驗證本發明的準確性，同時轉入步驟S5和步驟S6；

步驟S5，以蠕變疲勞試驗的半壽命周次為特征周次，結合步驟S2中得到的任意應變幅值下疲勞試驗的循環壽命，根據蠕變疲勞試驗半壽命周次的應變幅值確定每一周的疲勞損傷，轉入步驟S7；

步驟S6，以蠕變疲勞試驗的半壽命周次為特征周次，結合步驟S3中得到的蠕變失效時的非彈性應變能密度與非彈性應變能密度率之間的定量關系，根據蠕變疲勞試驗半壽命周次應變保載期間應力演化或應力保載期間應變演化，確定非彈性應變能密度及非彈性應變能密度率，從而得到每一周的蠕變損傷，轉入步驟S7；