【摘要】： 在石油化工、動(dòng)力、航空航天等部門中，大量壓力容器與各類承壓設(shè)備長(zhǎng)期處于高溫條件下工作。隨著我國(guó)工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，這些設(shè)備承受越來越高的溫度和越來越復(fù)雜的載荷作用，要求這些設(shè)備具有一定的可靠壽命期已成為一個(gè)十分突出的問題。在高溫和循環(huán)載荷下，壓力容器和承壓設(shè)備的典型失效模式主要為疲勞、蠕變及其交互作用。本文以壓力容器典型用鋼316L和1.25Cr0.5Mo為研究對(duì)象，對(duì)壓力容器用鋼中高溫環(huán)境下的低周疲勞以及疲勞-蠕變交互作用進(jìn)行了研究，分析了材料在中高溫環(huán)境下的疲勞、疲勞-蠕變交互作用行為，提出了疲勞以及疲勞-蠕變交互作用的壽命預(yù)測(cè)方法，并從損傷力學(xué)的角度出發(fā)，研究了材料疲勞及疲勞-蠕變交互作用的損傷進(jìn)程，提出了相應(yīng)的損傷評(píng)估方法。主要的研究?jī)?nèi)容如下： (1)研究了壓力容器典型用鋼316L在中溫環(huán)境應(yīng)力控制下的低周疲勞行為，包括循環(huán)硬化軟化規(guī)律、應(yīng)力控制下的棘輪行為及其影響因素、塑性應(yīng)變范圍的變化規(guī)律、Masing特性、塑性應(yīng)變能密度的計(jì)算等問題，為316L鋼的壽命預(yù)測(cè)和損傷評(píng)估提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析基礎(chǔ)； (2)研究了壓力容器典型用鋼1.25Cr0.5Mo高溫環(huán)境應(yīng)力控制下的疲勞-蠕變交互作用的行為，包括材料在高溫環(huán)境下的循環(huán)相關(guān)特性，材料的平均應(yīng)變及非彈性應(yīng)變范圍隨溫度、應(yīng)力、循環(huán)周次的變化規(guī)律等，為1.25Cr0.5Mo鋼的壽命預(yù)測(cè)和損傷評(píng)估提供了試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析基礎(chǔ)； (3)獲得了420℃下316L鋼的應(yīng)力-壽命(S-N)試驗(yàn)測(cè)試曲線，并與鋼制壓力容器分析設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)JB4732-95和英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)BS1515的低周疲勞設(shè)計(jì)曲線進(jìn)行比較，建立了可供工程應(yīng)用的316L鋼420℃下的低周疲勞設(shè)計(jì)曲線； (4)從反映物系運(yùn)動(dòng)物理本質(zhì)的能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律出發(fā)，對(duì)物系運(yùn)動(dòng)的破壞過程進(jìn)行了分析，考察物系狀態(tài)變量?jī)?nèi)能的變化，提出了一種新的壽命預(yù)測(cè)模型。該模型是從基本的熱力學(xué)定律出發(fā)推導(dǎo)的，因此其對(duì)于低周疲勞及疲勞-蠕變交互作用的壽命預(yù)測(cè)都能適用，且模型所需要試驗(yàn)參數(shù)較少，形式簡(jiǎn)單�；谏鲜瞿Ｐ�，對(duì)316L鋼中溫環(huán)境下的低周疲勞以及1.25Cr0.5Mo鋼高溫環(huán)境下的疲勞-蠕變交互作用進(jìn)行了壽命預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際測(cè)量結(jié)果符合較好。另外，從該模型出發(fā)，對(duì)疲勞的線性累積損傷法則進(jìn)行了探討，提出了一種新的線性累積損傷法則，用該法則進(jìn)行了316L鋼中溫環(huán)境下的二級(jí)加載剩余壽命預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果符合較好； (5)基于連續(xù)損傷力學(xué)(CDM)，對(duì)低周疲勞、蠕變以及疲勞-蠕變交互作用的損傷進(jìn)程進(jìn)行了研究，得到了相應(yīng)的損傷模型，并選取合適的損傷變量對(duì)316L鋼中溫環(huán)境下的低周疲勞以及1.25Cr0.5Mo鋼高溫環(huán)境下的疲勞-蠕變交互作用的損傷進(jìn)程進(jìn)行了模擬。結(jié)果表明：選取合適的損傷變量后，按本文提出的低周疲勞和疲勞-蠕變交互作用的損傷模型得到的損傷曲線與實(shí)測(cè)損傷點(diǎn)的符合程度較好，即該模型能夠較好的描述損傷的進(jìn)程。另外，通過上述損傷模型，對(duì)1.25Cr0.5Mo鋼高溫環(huán)境下疲勞-蠕變交互作用的失效評(píng)定進(jìn)行了一定的探討。 本文的創(chuàng)新點(diǎn)為： (1)對(duì)316L鋼中溫環(huán)境應(yīng)力控制下的低周疲勞行為進(jìn)行了較為深入的研究，揭示了材料中溫環(huán)境下的循環(huán)硬化軟化規(guī)律、應(yīng)力控制下的棘輪行為及其影響因素以及Masing特性等，發(fā)現(xiàn)420℃是材料動(dòng)態(tài)應(yīng)變時(shí)效強(qiáng)化顯著的溫度； (2)對(duì)1.25Cr0.5Mo鋼高溫環(huán)境應(yīng)力控制下的疲勞-蠕變交互作用的行為進(jìn)行了較為深入的研究，揭示了材料高溫環(huán)境下的循環(huán)相關(guān)特性、材料的平均應(yīng)變以及非彈性應(yīng)變范圍隨溫度、應(yīng)力、循環(huán)周次的變化規(guī)律等； (3)從反映物系運(yùn)動(dòng)物理本質(zhì)的能量守恒定律和動(dòng)量守恒定律出發(fā)，推導(dǎo)出一個(gè)適用于低周疲勞及疲勞-蠕變交互作用的壽命預(yù)測(cè)模型，對(duì)于低周疲勞和疲勞-蠕變交互作用，該模型均具有較好的預(yù)測(cè)效果。另外，基于該模型，提出了一個(gè)新的線性累積損傷法則，該損傷法則對(duì)二級(jí)加載的疲勞壽命預(yù)測(cè)效果較好； (4)基于連續(xù)損傷力學(xué)，提出了一個(gè)新的低周疲勞損傷模型，選取間接反映塑性應(yīng)變能密度的應(yīng)力-位移曲線面積的變化作為損傷變量，用該模型可以較好的描述316L鋼420℃環(huán)境下的低周疲勞損傷進(jìn)程； (5)從連續(xù)損傷力學(xué)出發(fā)，提出了一個(gè)新的疲勞-蠕變交互作用的損傷模型，選取平均應(yīng)變的變化作為損傷變量，用該模型可以較好的描述1.25Cr0.5Mo鋼高溫環(huán)境下疲勞-蠕變交互作用的損傷進(jìn)程。另外，，研究發(fā)現(xiàn)1.25Cr0.5Mo鋼高溫環(huán)境下的疲勞-蠕變交互作用的損傷進(jìn)程存在臨界加速點(diǎn)，可通過上述疲勞-蠕變交互作用的損傷模型計(jì)算出其臨界加速點(diǎn)的臨界應(yīng)變值。
【圖文】：

室溫下0一480MP.疲勞裂紋擴(kuò)展階段

250℃下
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號(hào)】：TH49;TG113.255

【引證文獻(xiàn)】

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2 李維棟;旋風(fēng)分離器的結(jié)構(gòu)分析及疲勞壽命研究[D];中國(guó)石油大學(xué);2011年

3 魏峰;P91鋼蠕變—疲勞交互作用損傷模型研究及壽命評(píng)估[D];西南交通大學(xué);2009年

4 劉燕;尿素合成塔用15MnVR板的斷裂與疲勞性能研究[D];山東大學(xué);2009年

5 鄔文睿;超超臨界汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子高溫強(qiáng)度研究[D];上海交通大學(xué);2009年

6 羅海波;金屬材料單軸時(shí)相關(guān)棘輪—疲勞交互作用行為研究[D];西南交通大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2656309