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。     

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。     

高温构件蠕变损伤的概率计算有概率损伤图

由于材料性质以及操作条件的随机性，高温构件的蠕变损伤也同具有随机性。文中根据概率计算的基本原理和高温构件蠕变损伤确定性解，得到蠕变损伤的概率方程。探讨各参数的分布规律，利用K－S检验方法，对高温材料数据进行全面的检验，包括高温材料的蠕变系数和指数、损伤系数和指数；同时，对操作温度以及高温构件的蠕变损伤进行检验，认为这些参数分别符合正态或对数正态发布。在全面考虑各参数的随机性和相关性基础上，最终获得高温构件的概率蠕变损伤解。为了表达它们之间的关系，以期最终达到高温构件寿命预测和可靠性评估的目的，考虑两个参数，确定性时间t和随机性的炉管损伤值D。将它们之间的关系表述成为t－D－f（D）图，形成高温构件的概率损伤图，清晰地勾画出不同时间D值的概率分布关系，为高温构件的可靠性分析和概率寿命预测提供基础。     

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。     

高温构件蠕变损伤的概率计算及概率损伤图

由于材料性质以及操作条件的随机性 ,高温构件的蠕变损伤也同样具有随机性。文中根据概率计算的基本原理和高温构件蠕变损伤确定性解 ,得到蠕变损伤的概率方程。探讨各参数的分布规律 ,利用K S检验方法 ,对高温材料数据进行全面的检验 ,包括高温材料的蠕变系数和指数、损伤系数和指数 ;同时 ,对操作温度以及高温构件的蠕变损伤进行检验 ,认为这些参数分别符合正态或对数正态分布。在全面考虑各参数的随机性和相关性基础上 ,最终获得高温构件的概率蠕变损伤解。为了表达它们之间的关系 ,以期最终达到高温构件寿命预测和可靠性评估的目的 ,考虑两个参数 ,确定性时间t和随机性的炉管损伤值D。将它们之间的关系表述成为t—D—f(D)图 ,形成高温构件的概率损伤图 ,清晰地勾画出不同时间D值的概率分布关系 ,为高温构件的可靠性分析和概率寿命预测提供基础     

高温蠕变疲劳试验机

简单的拉伸疲劳、压缩疲劳试验只是单一方向对试样施加动态载荷,不能反应出试件实际的工作状况。双向加载模式,可真实反映工件的疲劳失效形式。本文剖析蠕变疲劳试验机的结构原理、消隙方式、控制系统,并阐述了其应用和发展前景。     

高温结构应力松驰和蠕变损伤分析的实用方法

分析讨论了包含持续阶段的循环载荷作用下高温结构的应力－应变历史的规律性,在此基础上对现有的决定多轴应力松弛过程的简化方法进行了评述,并着重介绍了其简化方法。本文对该简化方法进行了改进,并用此改进形式对典型结构进行了应力松弛和蠕变损伤分析,与详细非弹性有限元分析结果的比较,证实所采用方法的可靠性和实用性。     

蠕变-疲劳载荷下高温结构的缺口效应研究进展

随着能源短缺问题的不断突出,高参数(高温、高压等)装备的研发成为工业节能降耗的重要手段,如超超临界汽轮机、航空发动机等高端装备。工程实际中,高参数装备的失效多源于缺口等局部不连续部位,其在蠕变-疲劳等复杂载荷下的强度分析和设计是当前研究的热点与难点。系统回顾了蠕变-疲劳载荷下含缺口构件的试验、本构模型、寿命预测、数值分析及考核准则方面的研究进展,主要包括：蠕变-疲劳载荷下的新本构关系及应用;高温强度和寿命分析的新模型及新方法;简化模型试验方法及蠕变-疲劳强度考核准则。总结这一领域的热点和研究展望,可为高参数装备在蠕变-疲劳等复杂载荷下的强度分析与设计提供一定技术支持与借鉴。     

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。     

GH536合金高温低周疲劳/蠕变交互作用性能研究

在对镍基高温合金 GH5 3 6在三种不同温度下含保载的低循环疲劳 /蠕变试验中发现 ,蠕变变形的增加导致了疲劳寿命的降低。另外 ,给出了材料的蠕变应变 -寿命关系 ,讨论了材料的疲劳 /蠕变特性随温度的变化     

载荷历程效应对316L钢疲劳蠕变行为的影响

设备运行时,由于操作需要或其它一些偶然因素,载荷幅值常会发生变动,不同幅值的载荷先后加载会产生载荷历程效应,导致材料响应发生改变.通过316L不锈钢高温环境下单级、两级应力和温度载荷的疲劳蠕变试验,研究了载荷历程效应对316L不锈钢疲劳蠕变行为的影响.结果表明,在高低、低高两种两级加载模式的作用下,载荷历程效应使得材料疲劳蠕变行为在载荷转变时有明显的差异.不同幅值、不同寿命分数的第一级载荷作用将使材料发生不同程度的硬化或软化,进而影响后继第二级载荷作用下材料的循环行为.     

镍基单晶高温合金蠕变-疲劳寿命评估方法进展

论述镍基单晶合金的滑移变形机制和疲劳裂纹萌生机理，分别介绍镍基单晶合金蠕变寿命和低循环疲劳寿命分析评估模型；镍基单晶合金蠕变、疲劳寿命的研究方法可分为应用各向异性张量描述非弹性各向异性变形的宏观力学(唯象)模型和基于晶体学滑移变形理论的微观力学模型；晶体取向、平均应力、环境温度、循环频率、循环应力比是影响单晶合金蠕变-疲劳寿命的主要因素。复杂应力状态下的单晶合金多轴低循环疲劳损伤，单晶合金在疲劳-蠕变交互作用下的疲劳损伤和单晶合金的接触疲劳损伤等问题是需要研究的重要课题。     

高温结构蠕变疲劳寿命设计方法:从材料到结构

诸多领域中的结构部件长期在高温变载的严苛环境下运行,其服役过程伴随着严重的蠕变疲劳交互作用.面向高温结构长寿命、高可靠服役的迫切需求,蠕变疲劳寿命设计方法日益受到了业界学者们的高度关注.介绍蠕变疲劳交互作用机理,总结复杂蠕变疲劳加载波形下的微观损伤机制.在材料层面,回顾了基于不同理论体系的蠕变疲劳寿命预测方法.在结构层...     

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。     

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。     

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。     

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％.     

高温构件蠕变损伤与裂纹扩展预测研究新进展

精准的寿命预测是高温构件设计制造与运行维护的关键,但多轴应力和裂纹等缺陷的存在使得寿命预测的难度大大增加。综述了笔者近年来在高温蠕变损伤模型和蠕变裂纹扩展仿真方面的研究工作,主要包括:讨论了应力水平和应力状态对蠕变断裂应变的影响规律;基于幂律蠕变控制孔洞长大理论,提出了新的多轴蠕变延性模型;采用基于应变的损伤力学模型,预测了多种含缺陷结构中蠕变裂纹的扩展行为,并分析了蠕变条件下多个表面裂纹干涉、扩展及合并的全过程;发展了基于晶界孔洞化损伤机制的裂纹扩展分析方法,实现了蠕变疲劳裂纹扩展仿真和蠕变疲劳氧化裂纹扩展仿真。这些工作为建立考虑多轴应力影响的含缺陷高温构件寿命预测方法提供了有力支持。     

基于弹性分析的高温蠕变-疲劳损伤分析和寿命预测方法(二)——计算实施和实例分析

采用基于弹性分析的方法进行高温结构的损伤分析和寿命计算时,首先要进行弹性分析计算,本文建立了求解机械和温度载荷共同作用下结构响应的有限元求解格式。并作为工程实例,对某电厂中调峰发电机组过热器联箱处的接管三通在机组启停过程中的响应进行了分析,并进一步对其进行了损伤分析和寿命计算。     

钛合金材料IMI834高温蠕变和蠕变断裂的连续损伤力学分析

对工作在650℃下的航空发动机用高温钛合金材料IMI834的高温蠕变和蠕变断裂行为进行连续损伤力学分析研究,预测结构件的蠕变断裂寿命,得到的结果和试验数据相吻合。用有限元软件ANSYS分析半圆形缺口圆棒试样的应力应变状态,得到应力三轴因子,进而考虑多轴应力状态对材料蠕变断裂寿命的影响,表明多轴应力显著地降低结构的蠕变断裂寿命。分析结果显示,文中所用的蠕变损伤模型能够合理地描述材料蠕变损伤的累积发展过程,并正确地预测结构件的蠕变断裂寿命。