高温蠕变条件下表面裂纹扩展行为分析

裂纹的存在及其扩展严重限制着高温承压部件的使用寿命,而目前对结构三维蠕变裂纹扩展行为的认识及其预测仍比较有限。以典型耐热钢P91为例,在650℃下对其开展了不同应力和不同初始裂纹尺寸的表面裂纹蠕变扩展试验,通过断面观察获得了蠕变裂纹扩展形貌演化,并采用基于多轴蠕变损伤模型的有限元法、基于蠕变裂纹尖端参量C*的有限元法以及英国标准BS7910推荐的简化计算方法进行表面裂纹蠕变扩展分析。结果表明,基于多轴蠕变损伤模型的有限元法能够合理地描述裂纹最终轮廓并准确地预测裂纹扩展时间。相比之下,基于C*的有限元法和BS7910简化计算方法计算的裂纹形貌预测有明显偏差,并且较依赖于紧凑拉伸试样的蠕变裂纹扩展试验数据及其拟合的参数C和q,易导致过于保守的裂纹扩展时间预测。评估了不同计算方法对于表面裂纹蠕变扩展行为的预测能力。     

温度和蠕变损伤对HK40钢蠕变裂纹扩展的影响

通过在1103～1163°K下测量HK40钢时辰变裂纹扩展速率,分析了温度对蠕变裂纹扩展速率的影响,求出的裂纹扩展激活能接近蠕变激活能,这表明裂纹扩展由蠕变的某种机制控制。在1144°K下,研究了铸态（NL）,运行21000小时（YB2）和运行50000小时（DB1）三种材料的蠕变裂纹扩展行为。指出,铸态材料和蠕变损伤的材料的蠕变损伤的材料的蠕变裂纹扩展行为是不同的,DB 1蠕变空洞数量多是其裂纹扩展速率高于YB2的主要原因,细小二次碳化物使裂纹扩展速率增高。     

高温疲劳短裂纹萌生与扩展的实验研究

对2．25Cr-1Mo合金钢进行高温疲劳表面短裂纹的观测试验，采用中断试验和复膜方法观测短裂纹萌生扩展的演化过程，研究短裂纹数密度和平均长度随循环次数及载荷条件的变化特征。结果表明，高温疲劳损伤是由晶界孔洞开始的，晶界孔洞相互联结合体形成细观组织短裂纹；短裂纹在接近应力轴垂直方向的晶界上随机萌生和扩展；在寿命前期和中期疲劳损伤以裂纹萌生为主要形式，寿命后期由于裂纹数目增多，裂纹间合体效果增强，促使主裂纹迅速形成和长大，从而导致最终的疲劳失效；加载应变范围越大或温度越高，裂纹萌生和扩展越快，寿命越短。     

T型钎焊接头蠕变裂纹扩展的有限元分析

钎焊接头蠕变断裂是高温紧凑式回热器的主要失效形式之一。为研究钎焊接头的蠕变失效过程,运用有限元分析软件Abaqus建立了T型钎焊接头的有限元模型,对T型接头在600℃下蠕变裂纹扩展过程进行了数值模拟,得到了此类接头的蠕变裂纹扩展规律。其结果表明:T型接头的蠕变裂纹扩展可分为起裂、稳定扩展、快速扩展三个阶段;起裂过程中,随着蠕变时间的增加,钎焊焊缝边缘处的高应力区会发生应力松弛;起裂时间与载荷呈幂律关系;随着施加载荷的增加,蠕变裂纹扩展速率上升越快。     

高温多轴疲劳损伤与寿命预测研究进展

介绍国内外疲劳一蠕变交互作用研究的一些进展,其中包括微观裂纹萌生及扩展机理的研究、高温多轴疲劳一蠕变实验的发展。对四种具有代表性的疲劳一蠕变损伤累积模型及寿命预测方法,即线性损伤累积模型、损伤率法、延性耗竭法和过应力法进行较为详尽的描述,并对这几种方法在多轴领域的改进和推广进行重点介绍。     

Cr—Mo—V钢蠕变裂纹开裂和扩展研究

研究了低合金Cr-Mo-V 钢在脆性和韧性状态时蠕变裂纹开裂和扩展速度。试验证明:随着蠕变断裂韧性提高,Cr-Mo-V钢蠕变裂纹扩展速度明显地降低。适当降低钢的强度,而提高其蠕变断裂韧性δ_(ce),则25 Cr 2 Mo1 V 钢的螺栓断裂寿命显著改善。文内提出了蠕变裂纹开裂准则和蠕变裂纹扩展速度与力学参量及蠕变断裂韧性δ_(ce)间关系式。     

蠕变与疲劳交互作用下裂纹扩展速率的探讨

指出疲劳与蠕变交互作用的过程可以看作是蠕变与疲劳叠加作用的过程,其蠕变应变规律应由疲劳蠕变曲线描述,并根据静蠕变与疲劳蠕变时间百分比寿命曲线基本重合的实验结果,导出了静蠕变应变与疲劳蠕变应变之间的关系式。经过对疲劳与蠕变交互作用下的应力-应变迟滞回线的分析,导出了在一个周期内蠕变应变能密度增量的计算式。还指出在疲劳与蠕变交互作用下应变能密度增量是一个综合性的损伤变量,应变能密度增量应等于疲劳应变能密度增量与蠕变应变能密度增量之和。然后参照纯疲劳的研究过程,导出了基于能量密度增量的在疲劳与蠕变交互作用下的裂纹扩展速率表达式,该表达式得到了316L钢在400℃下梯形应力波加载实验数据的支持。     

国产P92钢的蠕变裂纹扩展行为研究

对国产P92钢开展了600℃蠕变试验，得到了蠕变变形曲线、蠕变指数和蠕变延性等，再在600℃进行蠕变裂纹扩展行为试验研究，得到了蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^*的关系，将国产P92钢的性能与BS 7910数据进行比较，评估NSW模型的预测效果，计算得到材料的蠕变断裂韧性。结果表明，蠕变裂纹萌生时间和蠕变裂纹扩展速率与蠕变断裂力学参量C^*之间有较好的双对数线性相关性。国产P92钢的蠕变裂纹扩展性能优于BS 7910中9%Cr钢的平均性能，NSW模型的平面应力预测结果与试验数据接近，材料的蠕变断裂韧性随着服役时间的增大逐渐降低。该研究结果可以用于评估长期服役高温结构的安全性。     

考虑裂尖疲劳损伤的材料疲劳裂纹扩展行为研究

基于低周疲劳Manson-Coffin关系,定义I型裂纹疲劳扩展区内关于应变幅的平均疲劳损伤参量,并结合Miner线性累积损伤理论,通过弹塑性有限元法实现材料疲劳裂纹扩展速率的预测模拟,同时也建立以显式理论公式来描述疲劳裂纹扩展速率规律的新型预测模型。在进行有限元模拟分析中借助裂尖单调塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。在显式理论公式推导中采用裂尖循环塑性区平均疲劳损伤达到临界损伤即完成一次步进扩展的假定。以大型汽轮机转子材料Cr2Ni2MoV钢、航空材料TA12合金和304不锈钢材料为例,应用所提出的两种疲劳裂纹扩展速率预测方法对其进行预测,并同试验结果进行对比。对比分析表明,两种方法对材料的疲劳裂纹扩展速率行为预测均具有较高的模拟精度,而理论预测模型相比有限元模拟方法预测范围拓宽,预测精度更好,方便于根据包括材料手册的资料中低周疲劳Manson-Coffin试验关系来直接获取I型裂纹疲劳裂纹扩展速率表达式。     

预测疲劳裂纹扩展的多种理论模型研究

大多数工程断裂是因疲劳而引起的,所以金属材料的低周疲劳和裂纹扩展速率性能一直受到安全设计部门的关注。长久以来,国内外学者在建立金属材料低周疲劳行为和裂纹扩展速率性能之间的关系方面进行了多材料和多角度的研究。基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹扩展失效准则,提出用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。针对国内外相关工作的研究,基于平面应力裂纹尖端小范围屈服应力应变场和疲劳裂纹尖端循环塑性区内的应变能失效准则,提出一个可用于I型疲劳裂纹扩展速率的预测模型。借助已发表的15种金属材料对应的低周疲劳和裂纹扩展速率性能数据,详细分析和比较所提出的预测模型与其他6种预测模型的预测规律和结果。研究表明,所提出的预测模型能够预测更广泛的金属材料疲劳裂纹扩展速率,并且较其他6中预测模型更符合安全设计的理念。     

蠕变局部损伤理论在裂纹扩展研究中的应用

根据局部损伤理论和相似原理,给出了蠕变裂纹启裂前的孕育上下限时间并了蠕变裂纹扩展率方程。在常载荷下用2．25Cr-1Mo钢作了蠕变裂纹扩展试验,高拘束使早期局部损失发展迅速,试验结果与孕育结果下限接近。稳诚预测值由于忽略未开裂部分材质劣化而略低于试验结果值。     

腐蚀对新型高强度铝合金疲劳裂纹萌生机制及扩展行为的作用

根据编制的某机场环境加速试验谱,通过腐蚀试验模拟飞机服役过程中遭受的潮湿空气、盐雾、二氧化硫、酸雨和干/湿交变等严酷条件的侵蚀作用,采用飞机主承力结构新型高强度铝合金7B04-T74,制备单边缺口拉伸(Single edge notch tension, SENT)试样进行预腐蚀和疲劳试验,分析不同程度腐蚀损伤对疲劳裂纹萌生、裂纹扩展行为和疲劳寿命的影响,揭示腐蚀对裂纹萌生及扩展行为的作用机理。结果表明,在腐蚀初期,疲劳裂纹萌生源主要为单个蚀孔,裂纹扩展路径较为平直;随着腐蚀程度的加重,在多个蚀孔处同时萌生多条小疲劳裂纹,萌生疲劳裂纹的蚀孔具有隧道效应,扩展路径不规则,形成“之”字形裂纹;疲劳裂纹萌生机制是材料第二相与腐蚀损伤之间相互竞争的结果;腐蚀导致疲劳寿命显著降低,尤其是裂纹萌生寿命,腐蚀12年试验件裂纹萌生寿命仅为未腐蚀试验件裂纹萌生寿命的2.2%。     

紧凑拉伸试样厚度对25Cr2NiMo1V钢高温蠕变裂纹扩展速率的影响

研究了紧凑拉伸(CT)试样厚度对25Cr2NiMo1V钢在566℃时,蠕变裂纹扩展(CCG)速率的影响规律及其机理。结果表明:试样厚度对CCG速率的影响与载荷水平(C*)相关;在低载荷水平区,随试样厚度的增加,面外拘束水平增大,试样趋向于以沿晶蠕变脆性方式断裂,CCG速率增大;在高载荷水平区,不同厚度的试样均以沿晶和穿晶的混合方式发生蠕变延性断裂,CCG速率基本不受试样厚度的影响;CCG速率与载荷水平在双对数坐标中并非呈单一的线性关系,而是由不同斜率的两段直线构成,低载荷水平区的直线斜率低于高载荷水平区的,如果用高载荷水平区的CCG速率数据外推得到低载荷水平区的CCG速率,将得到非保守的结果。     

高温环境下电连接器内部温度有限元仿真分析及试验

针对电连接器内部温度难以准确测量的问题,以Y2型宇航分离脱落电连接器为研究对象,完成了电连接器内部温度测试方法的仿真研究、试验设计及相关影响因素分析。利用SolidWorks软件建立电连接器的三维模型,基于ANSYS对电连接器模型进行热电耦合仿真分析,得到了电连接器在不同环境温度下的内部温升及温度分布规律。设计电连接器内部温度测试系统,完成电连接器内部温度测试以及与仿真结果的对比验证。基于此仿真方法,研究芯数、工作电流及接触电阻对电连接器温度变化的影响,发现电连接器内部最高温度均随这三个影响因素的增大而增大。     

裂纹扩展状态下的TTCI分布参数

根据概率断裂力学的基本假设和当量初始缺陷尺寸（EIFS）分布参数的通用性要求，推导了结构细节EIFS分布参数的通用性条件，研究了裂纹萌生时间分布参数在参考裂纹尺寸和应力水平不同时的变化规律，为细节EIFS分布参数的通用化处理提供了理论依据。利用MATLAB生成几组随机数来模拟参考裂纹尺寸和应力水平不同时的裂纹形成时间（TTCI）值，并以此检验了理论推导的正确性和合理性。     

基于蠕变损伤力学理论的HK40炉管焊接接头的蠕变损伤研究

1　前言熔焊技术的发明给制造业带来了革命性的变化 ,使得化工、石化以及发电等工业的大型高温过程装置得以建造。可是 ,在高温构件的失效中 ,焊缝的先行失效占有较大的比例 ,从而表明焊接对结构完整性的不利影响。为了实现高温构件的优化设计与维修 ,准确预测焊接构件的高温性能变得十分重要。转化炉炉管是高温下烃类转化制氢的关键部件。炉管材料一般采用离心铸造耐高温合金ＨＫ型( 0 4Ｃ ,2 5Ｃｒ,2 0Ｎｉ)或ＨＰ型 ( 0 4Ｃ ,2 5Ｃｒ,35Ｎｉ) ,整个炉管通常由 3～ 4根短管焊接而成。炉管在长期的高温服役过程中 ,材料微观组织劣化在晶…     

TP347H的高温蠕变-疲劳交互规律

对TP347H不锈钢进在550℃下纯疲劳及550℃下的蠕变-疲劳交互下的微观组织演化及疲劳寿命变化进行研究。断口的扫描电镜形貌表明在蠕变-疲劳交互下存在高温动态回复,使得蠕变-疲劳断口未形成二次裂纹与解理面,而在纯疲劳下存在较多二次裂纹与解理面;透射电镜形貌表明在蠕变疲劳交互下金属内部局部会形成清晰的位错墙和位错胞结构,错增殖密度相对于纯疲劳也大大降低,此时材料的循环软化特征明显,因此蠕变-疲劳交互会导致材料的疲劳寿命显著降低。对不同应变幅下TP347H的蠕变-疲劳寿命试验证明不同应变幅下TP347不锈钢的蠕变-疲劳循环寿命相对于纯疲劳条件下都有降低,降低的程度随应变幅的增加而增大。     

蠕变损伤统一本构方程的特性分析及优化

利用单调性分析方法对蠕变损伤统一本构方程进行分析，得到了本构方程的单调特性，在此基础上，讨论了利用传统优化方法求解失败的原因，并用进化规划对这一问题进行了求解，取得了很好的效果。