【摘要】：由于蠕變效應(yīng)的存在,使得高溫高壓工況下服役設(shè)備的安全性面臨著更高的挑戰(zhàn)。以往的高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法中,主要是通過限制結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力以保證其強(qiáng)度,但是結(jié)構(gòu)在長時(shí)蠕變下會(huì)產(chǎn)生大量變形,這些變形一方面消耗了部件的延性,另一方面可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生功能性的失效,因而限制應(yīng)力并不能充分地保證結(jié)構(gòu)的安全。為此在高溫標(biāo)準(zhǔn)中提出了應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)的相關(guān)條款,ASME BPVC第1II卷NH分篇和法國核容器RCC-MR中均對(duì)高溫結(jié)構(gòu)的非彈性薄膜應(yīng)變和非彈性薄膜+彎曲應(yīng)變提出了限制。但是這些條款目前存在一些爭(zhēng)議,例如沒有考慮這些應(yīng)變限制條款在含有高應(yīng)力多軸效應(yīng)的結(jié)構(gòu)中以及焊縫結(jié)構(gòu)中的適用性和保守性。上述標(biāo)準(zhǔn)中討論的薄膜應(yīng)變和薄膜+彎曲應(yīng)變并不能直接獲得,需要對(duì)選取路徑進(jìn)行線性化處理后得到,而針對(duì)這些分類應(yīng)變的求解,國內(nèi)目前還沒有系統(tǒng)的介紹和算例。為此,本文總結(jié)了在ABAQUS中應(yīng)變線性化的計(jì)算流程,并編寫了Matlab語言輔助進(jìn)行應(yīng)變張量的求解,通過算例證明這一套求解方法是有效且準(zhǔn)確的,在本文后續(xù)的研究中使用該方法求解分類應(yīng)變。隨后本文使用含有損傷參量的蠕變本構(gòu)方程,模擬了550℃下316不銹鋼管道的蠕變和550℃下的316不銹鋼焊接管道的蠕變,在分析模擬結(jié)果時(shí)比較了根據(jù)損傷判定的結(jié)構(gòu)失效時(shí)間和按應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)條款認(rèn)定的結(jié)構(gòu)失效時(shí)間,以考核應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)條款的保守性和適用性。在模擬316焊接管道的蠕變時(shí),研究了不同的熱影響區(qū)蠕變性能以及焊接坡口角度對(duì)分類應(yīng)變結(jié)果的影響。得到了如下結(jié)論：1.對(duì)于本文模擬的316管道,在考慮應(yīng)力多軸效應(yīng)后,ASME NH和RCC-MR中給出的應(yīng)變限值是保守的。以這些限值認(rèn)定結(jié)構(gòu)失效時(shí),可以保證結(jié)構(gòu)中的損傷未達(dá)到臨界值,因此以上應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)條款可以用于含有應(yīng)力多軸效應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.無論是非焊接結(jié)構(gòu)還是焊接結(jié)構(gòu),薄膜應(yīng)變的限值總是最先達(dá)到,而此時(shí)薄膜+彎曲應(yīng)變未達(dá)到限值,因而薄膜應(yīng)變是首要的考核指標(biāo)。3.316焊接管道的蠕變模擬結(jié)果顯示,焊接結(jié)構(gòu)中的分類應(yīng)變結(jié)果對(duì)熱影響區(qū)性能和焊接坡口的變化不敏感,因而ASME NH中的應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)條款對(duì)焊接結(jié)構(gòu)而言可能并不適用,但鑒于這些條款中給出的分類應(yīng)變限值較小,因而校核結(jié)果仍然是保守的。
【圖文】：

圖１．１蠕變應(yīng)變隨時(shí)間變化的曲線逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋Ｃｒｅｅｐ邋ｓｔｒａｉｎ邋ｖｓ．邋ｔｉｍｅ逡逑圖１．１是蠕變應(yīng)變隨時(shí)間的變化曲線示意圖，按不同特征大致分為初始加載階段和逡逑蠕變Ｈ階段。初始加載階段的時(shí)間較短，載荷較低時(shí)該階段為彈性加載，載荷較高時(shí)材逡逑料屈服而發(fā)生塑性變形。隨后的蠕變主要分為Ｈ個(gè)階段；蠕變第一階段，該階段由于材逡逑料的強(qiáng)化作用蠕變速率逐漸降低，持續(xù)時(shí)間隨載荷的大小而變化；蠕變第二階段，這一逡逑階段的特點(diǎn)是蠕變速率較為穩(wěn)定，可Ｗ認(rèn)為蠕變速率是常數(shù)；蠕變第Ｈ階段為加速階段，逡逑在這一階段試樣變形加快，部分截面預(yù)縮最終導(dǎo)致斷裂。Ｗ上為典型蠕變曲線的幾個(gè)階逡逑段，該蠕變曲線的形狀會(huì)有隨試驗(yàn)載荷及溫度的變化發(fā)生一定的變化Ｗ。逡逑了解材料的蠕變行為并準(zhǔn)確的描述這一行為，對(duì)于高溫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是非常重要的，逡逑目前描述蠕變行為的理論主要有基于蠕變力學(xué)的描述方法、基于連續(xù)介質(zhì)損傷力學(xué)的方逡逑法和參數(shù)外推法等。逡逑１．２．１基于蠕變力學(xué)的描述方法逡逑當(dāng)加載條件為固定載荷時(shí)

送個(gè)區(qū)域旁邊是熱影響區(qū)（ＨＡＺ），在這個(gè)區(qū)域材料被加熱，雖然沒有融化但相當(dāng)于經(jīng)逡逑過了快速的熱處理，因此該區(qū)域的組織和性能均發(fā)生了變化；剩余的材料不受影響，即逡逑為母材（ＰＭ）。圖１．２是巧巧９１鋼ＨＡＺ中各種亞區(qū)域的細(xì)分和形成過程。逡逑ｍ邐ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ邋ｗｅｌｄ邐ｇ－邋，邐ｉ邋＾N。逡逑３邐＾邋ｓｏｉｉｄ－ｉｉｑｕｉｄ邋ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ邋ｚｏｎｅ邋＾邐＾邐邐邐逡逑Ａ邋ｃｏａｒｓｅ邋ｐｒｉｏｒ邋ａｕｓｔｅｎｉｔｅ邋ｇｒａｉｎｓ＋‘、ｗｏｏ—邋Ｘ邐？？？？？Ｌ＋Ｙ逡逑￡邐：：＼邋ｆｉｎｅ邋ｐｒｉｏｒ邋ｄｅｌｔａ邋ｆｅｒｒｉ悟邋ｇｒ＾ａｉｎｓ邐邐．邐（邐＊邐＇－－逡逑＾邐：ｉ邋＼邐ｊＣＧＨＡＺ．；邐ｙ逡逑客邐：：：＼邋ｇｒａｉｎ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｚｏｎｅ邐。00＿邐／！逡逑ｉｉ邋；Ｖ邋邐邐ｔ；…：邋ｙ逡逑ｇ邋重邋＼ｇｒａｉｎ邋ｒｅｆｉｎｅｄ邋ｚｏｎｅ邋熙夬．；逡逑ｉ；邋：邋ｉ邐＼邋郵郵解fB疇８。。＾；邐邐邐邐邐邐邐逡逑：：邐：：＼＾ｖｅＭｅｍｐｅ巧ｄ邋巧９虹。邐．邐：邐＿邋邋邐逡逑—＼邋ｉｌ邋ｉ邋ｇ逡逑Ｉ邋？邐？邋Ｉ邋］邋ｆ邋Ｉ邋ｉ｜ｉ＇ｉ邋■畫邋１，１邋＇．１邋Ｉ逡逑Ｈｅａｉ邋Ａｆｆｅｃｔ邋食邋Ｃｌ邋之邋ｏｎｅ邐0邐０，，２邐０，４邐０，６邐０，８邐１逡逑＜邐？朗ｒｂｏｎ邋（ｗｌ％３逡逑圖１．２邋ＰＣｒ）９１鋼中的ＨＡＺ區(qū)域的細(xì)分和形成過程示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｚｏｎｅｓ邋ｏｆ邋ＨＡＺ邋ｉｎ邋ａ邋ｗｅｌｄ邋ｏｆ邋Ｐ（Ｔ）９１逡逑送樣的焊接組織結(jié)構(gòu)同樣存在于Ｐ９２和ＰＩ２２等鐵素體耐熱鋼（ＣＳＥＦ）中，一般而逡逑言
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG407;TG142.71

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 危洪清;;應(yīng)用Matlab分析三向應(yīng)力狀態(tài)[J];科技信息(學(xué)術(shù)研究);2006年09期

2 柳暉;徐國平;;拉森-米勒蠕變壽命預(yù)測(cè)方法的研究[J];上海師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2009年05期

本文編號(hào)：2527560