宽范围不同几何试样的蠕变拘束表征及其与管道拘束的关联

发布时间：2020-05-09 12:21

【摘要】：蠕变损伤和断裂是高温部件的主要失效模式。材料的蠕变裂纹起裂时间和裂纹扩展速率受试样和部件几何拘束的影响。因此需要发展纳入拘束效应的含裂纹高温部件的蠕变寿命评价方法。本文基于新发展的面内与面外统一裂尖拘束参数Ac,通过大量有限元计算,对宽范围不同几何和尺寸试样的蠕变裂尖拘束进行了表征,分析了其与不同尺寸管道裂纹拘束的关联。研究了材料蠕变性能对不同几何试样拘束参数Ac的影响及P92钢拘束相关的蠕变裂纹扩展速率。研究工作及得到的主要结论如下:(1)基于大量有限元计算,系统研究了不同几何试样(C(T)、SEN(T)和M(T))的厚度比B/W,宽度W和裂纹深度a/W对统一裂尖拘束参数Ac的影响规律,得到了这些试样的拘束参数解。研究表明,试样的厚宽度比B/W对拘束的影响最大,其次是宽度W的影响,裂纹深度a/W对拘束的影响不明显。对于一定的试样尺寸W和裂纹深度a/W,随试样厚宽度比B/W的增加,试样拘束增大,蠕变裂纹起裂时间变短,裂纹扩展速率加快。在测量材料的蠕变裂纹起裂时间和裂纹扩展速率时,应重点考虑B/W和W对结果的影响。(2)对上述计算得到的不同几何尺寸的C(T),SEN(T)和M(T)试样的拘束参数Ac值与不同裂纹尺寸(a/t,a/c)的管道内表面轴向裂纹和环向裂纹的拘束Ac值进行了系统比较分析和关联研究。得到了与不同尺寸范围的管道裂纹拘束相匹配的试样几何和尺寸。在含不同裂纹尺寸的管道蠕变寿命评价中,这些关联结果可用来选择与管道裂纹拘束匹配的标准和非标准试样尺寸。对于深而长的高拘束管道裂纹,也可避免较低拘束的标准试样数据的使用所可能产生的非保守评定。(3)材料蠕变性能对不同几何试样拘束参数Ac的影响研究表明,随材料蠕变指数n的增加,拘束参数Ac减小,拘束水平增大。低面内拘束和面外拘束的试样Ac对蠕变指数n较为敏感,并且随着n的减小,敏感性增加。对于低指数n的低拘束含裂纹结构,在拘束参数Ac的工程估算中需要考虑指数n,的影响,对于较高指数n的高拘束结构,指数n的影响可以不考虑。建立了不同几何拘束试样的Ac与n的关联式。(4)基于不同几何尺寸的C(T)试样实验测得的P92钢的蠕变裂纹扩展速率数据,结合这些试样的蠕变拘束参数Ac的有限元计算,研究建立了 P92钢的蠕变裂纹扩展速率与统一拘束参数Ac的关联式。其可用于P92钢含裂纹构件的拘束相关的蠕变裂纹扩展寿命计算。
【图文】：

０．０逦０．２逦０．４逦０．６逦０．８逦１．０逦１．２逡逑Ｔｒｕｅ邋ｓｔｒａｉｎ逡逑图２．１邋Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ钢在５６６Ｘ：下的真应力－应变曲线Ｉ＂丨逡逑Ｆｉｇ．邋２．１邋Ｔｈｅ邋ｔｒｕｅ邋ｓｔｒｅｓｓ—ｓｔｒａｉｎ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ邋ｓｔｅｅｌ邋ａｔ邋５６６邋°Ｃ［９９】逡逑表２．邋２邋Ｃｒ－Ｍｏ－Ｖ钢的２ＲＮ蜻变本构参数ｌ５１，Ｓ２，＂ｌ逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．２邋Ｔｈｅ邋２ＲＮ邋ｃｒｅｅｐ邋ｍｏｄｅｌ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ！５１，５２＇＂１逡逑应力逦Ｊ（ＭＰａ＿ｎｈ＿１）逦ｎ逡逑0－＜２５０ＭＰａ逦１＝７．２６ｘ１０－２６逦ｎ邋尸邋８＿７５逡逑0－＞２５０ＭＰａ逦山＝３．５３ｘ１０－３６逦？２＝１３．０８逡逑２．２．２试样几何和有限元建模逡逑本文分析的试样几何形状包括紧凑拉伸（Ｃ（Ｔ））试样、单边缺口拉伸（ＳＥＮ（Ｔ））试样逡逑和中心裂纹拉伸（Ｍ（Ｔ））试样，它们常用作测量材料的ＣＣＩ和ＣＣＧ数据。三种试样的几逡逑何及尺寸如图２．２所示，其中Ｆ为试样宽度，ａ为初始裂纹深度，５为试样厚度；ＳＥＮ（Ｔ）逡逑试样，Ｍ（Ｔ）试样，Ｃ（Ｔ）试样的Ｗ分别是２，邋４和０．７１邋（Ｚ是试样高度）。为了表征和逡逑研究宽范围试样尺寸对蠕变裂尖拘束的影响，通过改变裂纹深度比Ｗ（Ｗ＝０．３，０．５和逡逑０．７）和试样宽度Ｆ（灰＝５０，２５，邋１２＿５，邋６．２５和３．１２５ｍｍ）改变面内拘束；通过改变试样厚逡逑度比（５／ＰＴ＝ｌ／１６

逦（ｂ）逦（0逡逑图２．２试样的几何和尺寸，⑷Ｃ（Ｔ），（ｂ）ＳＥＮ（Ｔ），（ｃ）Ｍ（Ｔ）逡逑Ｆｉｇ．邋２．２邋Ｇｅｏｍｅｔｒｉｅｓ邋ａｎｄ邋ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ：邋（ａ）邋Ｃ（Ｔ），邋（ｂ）邋ＳＥＮ（Ｔ），邋（ｃ）邋Ｍ（Ｔ）．逡逑表２．３邋Ｃ（Ｔ），邋ＳＥＮ（Ｔ），邋Ｍ（Ｔ）试样的尺寸逡逑Ｔａｂｌｅ邋２．３邋Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｃ（Ｔ），邋ＳＥＮ（Ｔ），邋Ｍ（Ｔ）邋ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ．逡逑试样逦Ｗ邋（ｍｍ）逦ａ／Ｗ逦Ｂ／Ｗ逡逑１００逦０３，０．５，０．７逦１／１６，１／８，，１／６，１／４，１／２，１逦＾逡逑５０逦０３，０．５，０．７逦１／１６，１／８，１／６，１／４，１／２，１逡逑２５逦０．３
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：O346.1

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本文编号：2656132