热力耦合作用下阀门高温结构蠕变疲劳损伤研究

在运行过程中,高温阀门同时经历高温高压、长时稳定载荷和短时交变载荷的作用,蠕变损伤和疲劳损伤同时存在,但目前针对高温阀门多工况蠕变损伤、疲劳损伤和蠕变疲劳耦合的研究还较少。为此,建立了钠快冷堆调节阀阀体有限元模型,对蠕变、疲劳以及蠕变疲劳损伤进行了计算与安全性评估。首先,采用ANSYS有限元分析软件,结合多工况稳态以及瞬态热力耦合的方法,对高温核电阀门的阀体进行了数值模拟计算;然后,使用蠕变本构方程对高温阀门阀体进行了蠕变分析;最后,以ASME规范的线性累积损伤理论为判据,对高温调节阀阀体进行了蠕变、疲劳以及蠕变疲劳交互损伤安全性评定。研究结果表明：在13种瞬态工况以及4种稳态工况产生的热力耦合作用下,阀体出口处均产生了较高的应力,经分析得出扭矩是造成阀体出口处应力高的主要因素;通过数值计算得出了循环变载荷造成阀体产生的疲劳损伤为0.001 8,而长时间处于高温环境中的蠕变损伤为0.1,由此得出了高温阀门受到蠕变破坏的可能性高于疲劳破坏;该研究结果可为第四代高温核电阀门的分析与设计提供理论基础和技术方案。     

蠕变—疲劳交互作用下结构缺陷评定方法的比较

电力装备以及石化设备的工作温度和压力呈现出日益增长的趋势,蠕变以及蠕变-疲劳交互作用成为高温设备失效的主要机制之一.文中介绍国际上几部主要缺陷评定标准,R5、BS7910、RCC-MR规程、日本JNC方法以及我国高温缺陷评定方法的最新进展,基于工程应用案例分析,比较不同规程缺陷评定方法的优劣,分析结果显示R5规程更符合实验结果,最后对进一步完善我国缺陷评定规范提出一些意见.     

基于有限元分析的管板结构优化设计

在有限元分析技术的基础上，结合优化设计技术，利用有限元分析软件完成了超规范管板系统的结构优化设计，并阐述了管板优化模型的建立，整个管板系统在优化后的重量与采用手工计算相比减少了27.64％，将该优化结果应用于实践，给企业带来的效益是显著的。     

基于蠕变模型细间距器件焊点疲劳寿命预测

基于Garofalo-Arrheninus模型,采用有限元软件Marc模拟焊点温度场、应力—应变场和变形情况,借助修正C-M方程计算焊点的疲劳寿命。研究结果发现,器件相应材料中,只有印刷电路板内部温度场分布不均匀,这是材料热传导系数过小所导致的。发现应力集中的区域出现在焊根、焊趾以及引线和焊点交界处,基于Marc软件和基于Ansys软件模拟的结果一致,并和实际情况良好吻合。时间历程蠕变和塑性应变出现明显的累积迭加的趋势,两者共同作用导致焊点破坏,致使器件失效。在温度循环加载的过程中,整个器件一直处于拉应力的状态。基于修正C-M方程计算出焊点的疲劳寿命为665.7周次,和试验结果基本吻合。     

组合转子疲劳-蠕变联合损伤机理研究

以某重型燃气轮机组合转子为研究对象,建立了组合转子整体损伤模型;将纯疲劳和纯蠕变的损伤研究作为基础,根据损伤力学累积模型将联合作用下的损伤变量表示为两种损伤的非线性叠加,揭示了疲劳-蠕变联合作用下组合转子的损伤机理;对疲劳-蠕变联合条件下组合转子的损伤规律进行了实验验证。结果表明,建立的整体损伤模型是正确的、有效的,可为部件损伤预测组合转子的整体损伤提供参考。     

基于微观孔洞型损伤的疲劳蠕变寿命预测方法

孔洞型损伤是延性金属材料一种常见的破坏形式.对于材料疲劳蠕变破坏过程,文中提出等效孔洞体积概念,从微观唯象角度出发,综合考虑疲劳蠕变对孔洞体积长大的影响,得到一种微孔洞型疲劳蠕变寿命预测模型.以此模型对1.25Cr0.5Mo钢540℃应力控制下疲劳蠕变寿命进行预测,结果显示该模型具有很好的适用性.     

P92钢的蠕变-疲劳损伤行为及蠕变-疲劳损伤本构模型的建立

对P92钢在600℃下进行应力和应变控制的蠕变-疲劳试验,分析了载荷水平、保载时间对蠕变-疲劳损伤的影响;结合应力控制下的蠕变-疲劳试验数据,在黏塑性统一本构理论框架下引入修正的Chaboche非线性随动硬化率及蠕变应变并考虑损伤演化规律,构建了基于Chaboche理论的耦合蠕变-疲劳损伤本构模型,模拟了P92钢的蠕变-疲劳循环曲线.结果表明:P92钢在600℃下表现为循环软化特性;在应力控制下,P92钢高位保载的损伤与平均应力呈正相关,而低位保载的损伤与平均应力呈负相关;在应变控制下,P92钢产生应力松弛行为,保载时间越长,应力松驰越明显;建立的蠕变-疲劳损伤本构模型可以较好地模拟P92钢的循环特性,对于蠕变-疲劳过程中应力模拟的最大相对误差为7.30％.     

先进汽轮机转子材料蠕变疲劳损伤研究新进展

随着越来越多的新能源发电并网,现代化电厂发电机组被赋予调峰职责。调峰过程中机组频繁启停,加剧了汽轮机转子材料的疲劳蠕变损伤,从而缩短了机组的使用寿命。以现代化超超临界汽轮机转子为例,介绍了汽轮机转子材料的研究进展,综述了机组频繁启停中,低周蠕变疲劳载荷、热交变疲劳载荷引起的组织结构演变以及对转子材料寿命影响的研究进展,并提出了几种被广泛应用于工程实践的寿命评估模型。为超超临界汽轮机的设计优化,运行工况优化,以及安全监控等方面提供了理论基础。     

基于ASME规范案例2605-1高温蠕变疲劳评定方法

阐述了如何使用ASME规范案例2605-1对Cr Mo V钢加氢反应器进行高温蠕变疲劳分析与评定,总结出方法一是当前工程化过程中使用的主要方法。提出应开展高温蠕变疲劳耦合分析工具的开发,以尽早突破技术壁垒,开拓国际市场。     

金属材料高温蠕变—疲劳损伤研究进展

用于汽轮机转子或涡轮叶片的金属材料长时间在高温环境下受到交变载荷的作用,会发生严重的高温蠕变—疲劳损伤,从而降低了转子及叶片的使用寿命。文中分析了加载条件因素、环境因素、材料特性及热处理工艺等对汽轮机转子钢蠕变—疲劳裂纹形成及扩展的影响,从疲劳裂纹萌生原因、蠕变阶段材料的组织变化及疲劳—蠕变的交互作用综述了汽轮机转子钢疲劳蠕变的损伤机理;并指出以材料的蠕变疲劳损伤机理为基础,建立材料的本构关系及损伤演化方程,将是高温疲劳—蠕变损伤研究的重点。     

蒸汽发生器给水管嘴低周疲劳损伤分析评定研究

给水管嘴是蒸汽发生器关键部件之一,蒸汽发生器运行期间给水过程中的运行瞬态使得给水管嘴承受着复杂的疲劳载荷作用。利用有限元法对压水堆蒸汽发生器给水管嘴在典型运行循环下的累积损伤系数进行了计算,在不考虑热分层现象的情况下,分析了相关因素对给水管嘴疲劳寿命的影响。     

15CrMo钢的蠕变-疲劳试验及蠕变回复行为

试验测试了500℃时峰值保持时间分别为0,2,5,10和20 min条件下15CrMo钢的蠕变疲劳性能,重点分析了材料在蠕变疲劳载荷下的变形行为和蠕变回复行为。结果表明,随着峰值保持时间的延长,材料的蠕变-棘轮总变形显著增加;当疲劳-蠕变存在峰值保持时间时,前一个循环中峰值保持结束时的应变值大于再次加载达到峰值时的应变值,存在一定的蠕变回复行为;峰值保持时间越长,15CrMo钢蠕变应变回复量越大,且相同保持时间下的蠕变应变回复量总体上保持恒定。     

高压预冷器管板分析评定方法

讨论了薄管板预冷器有限元建模的过程和关键细节处理,给出了确定换热管非线性临界失稳载荷的方法,以及在对固定式薄管板预冷器开展大变形/弹-塑性法有限元分析时,为提高收敛性而采用的具体方案.对某型薄管板预冷器的管程试压工况,基于ASMEⅧ-2进行了整体坍塌和管板的局部失效评定,同时也提出了基于许用极限应变进行局部失效评定的方...     

高温316L钢非线性疲劳蠕变损伤演化模型及其应用

为了研究高温两级和多级疲劳蠕变载荷作用下计及载荷历程效应的寿命预测方法,文中首先基于韧性耗竭理论提出一种非线性疲劳蠕变损伤演化模型,并通过316L不锈钢高温单级应力、温度疲劳蠕变试验,确定模型中的损伤指数,以该损伤模型结合多级加载的损伤破坏准则对高温两级应力、温度疲劳蠕变载荷作用下316L钢的寿命进行预测,得出与试验较...     

316L钢高温疲劳蠕变规律研究

通过316L奥氏体不锈钢在420、550和600℃下非间断应变疲劳和有保持时间的应变疲劳试验，对316L钢高温环境下疲劳、蠕变规律进行了研究。结果表明：材料的疲劳寿命随温度的升高而降低；保持时间增加，试样中蠕变损伤增大，循环应力松弛更多，裂纹扩展机制由穿晶方式向沿晶方式转变。     

制冷装置蒸发器异型管板设计研究

制冷装置用蒸发器异型管板有其结构和使用条件的特殊性,不宜采用GB151-1999《管壳式换热器》进行管板设计计算,企业标准中管板厚度公式考虑因素较少,且得出的厚度较薄。通过全参数的有限元数值模拟,获得了一系列数据,分析了管板中应力与结构参数的关系。利用数据拟合技术,获得了异型管板的设计方法。     

基于ASME Ⅲ-5规范和R5规程的高温非弹性蠕变疲劳损伤评价方法研究

对ASMEⅢ-5规范和R5规程的非弹性蠕变疲劳损伤评价方法进行对比性分析及研究,详细探讨了两者的保守性构成,并基于两种规范对异型三通结构进行了蠕变疲劳损伤计算,对两种规范下蠕变疲劳损伤计算结果的差异进行了分析。结果表明,保守使用R5计算的蠕变疲劳总损伤为0.111 4,远小于ASME总损伤2.643,与不考虑安全系数的ASME总损伤0.270 9较为相近。因此,在ASME工程评价过分保守时,R5可以作为可选规范。     

蠕变—热疲劳交互作用的力学机理

随着航空航天、能源和化学工业的发展,高温设备的应用越来越广泛.这些设备在稳态运行中受到蠕变损伤,在起动、停车或工况突变时受到热疲劳或热机械疲劳损伤,潜在危险性极大,一旦发生事故往往是灾难性的.考虑材料的双线性随动强化性质和蠕变特性,研究蠕变-热疲劳交互作用的力学机理,得到如下结论: ①升温和保温过程生成的压缩非弹性应变(塑性应变和蠕变应变)越多,降温过程产生的拉应力和拉应变越大,设计受蠕变-热疲劳损伤的构件时宜优先选择具有较高压缩屈服点和较低蠕变速率的脆性材料.②蠕变影响着循环的应力幅和平均应力,并使它们经历一定数量的循环后达到稳定状态,可以把蠕变-热疲劳损伤等效为热机械疲劳损伤,从而使寿命预测和试验简单可行.