基于微裂纹扩展的疲劳蠕变寿命预测方法

在"等效裂纹"概念及裂纹扩展理论基础上,从微裂纹扩展导致材料破坏的角度出发,得到了一种新的疲劳蠕变寿命预测模型.该模型在处理微裂纹扩展时考虑了时间无关疲劳以及时间相关静蠕变,循环蠕变的影响.时间无关疲劳裂纹扩展采用Tomkins模型,时间相关蠕变裂纹扩展采用C*控制参量.用该寿命预测模型对1.25Cr0.5Mo钢540℃应力控制下疲劳蠕变寿命进行了预测,预测结果与实验结果符合较好.     

A NEW FATIGUE-CREEP LIFE PREDICTION METHODOLOGY

在“等效裂纹”概念及裂纹扩展理论基础上,从微裂纹扩展导致材料破坏的角度出发, 得到了一种新的疲劳蠕变寿命预测模型.该模型在处理微裂纹扩展时考虑了时间无关疲劳以及时间相关静蠕变、循环蠕变的影响.时间无关疲劳裂纹扩展采用Tomkins模型,时间相关蠕变裂纹扩展采用C*控制参量. 用该寿命预测模型对1.25Cr0.5Mo钢540 ℃应力 控制下疲劳蠕变寿命进行了预测, 预测结果与实验结果符合较好.     

含焊接缺陷的30CrMnSiNi2A钢焊接件的疲劳寿命估算

本文分析了焊接缺陷对超高强度钢３０ＣｒＭｎＳｉＮｉ２Ａ焊接件疲劳寿命的影响，给出了定理评估含焊接缺陷的焊接件疲劳性能的方法，焊接缺陷可分成类裂纹型和非裂纹型两类，前者的作用与裂纹相当，含这类缺陷的焊接件寿命近似等于裂纹扩展寿命；后者的作用则类似缺口，含这类缺陷的焊接件寿命为裂纹起始与扩展寿命之和，裂纹扩展寿命可用断裂力学的方法计算，始裂寿命则可用材料的始裂寿命公式计算，但在计算中要考虑表面状态修正     

E.Taylor等:《1％CrMoV转子锻件钢中的蠕变裂纹的形成》

<正> 为了给1CrMoV汽轮机转子锻件钢中的夹杂物提供评定生成裂纹的试验基础,对在550℃状态持续运转15000小时试验的夹杂物区和疲劳预裂纹形成蠕变裂纹的行为进行了研究。文中指出,达到0.5mm的钢中夹杂物生成蠕变裂纹是由于基体组织或夹杂物之间粘结不牢,夹杂物长大至二倍以上长度所引起,但这种裂纹并不影响蠕变断裂寿命。疲劳预裂纹开始蠕变成裂纹的时间随所施加应力的降低而增长。从裂纹的深度(1～3mm)和试样的宽     

蠕变疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟

通过结合初始应力应变场与连续损伤力学理论以及单元失效和裂纹萌生准则,构建了蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的预测模型,将模型编写为UMAT耦合到ABAQUS有限元分析软件中,实现了初始无缺陷结构蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟,并分析了影响裂纹萌生寿命的因素.通过与线性累计损伤理论对比发现,裂纹萌生位置蠕变损伤和疲劳损伤具有相互促进作用,蠕变疲劳的交互作用使裂纹萌生寿命减小;蠕变和疲劳载荷加载顺序对损伤的累积具有很大影响,模拟发现承受蠕变载荷的结构在承受后续循环载荷下总损伤值更大,裂纹萌生寿命更短.     

管线钢疲劳裂纹扩展速率与疲劳寿命关系的研究

通过对管线钢表面缺陷的断裂力学分析,建立了用管线钢的疲劳裂纹扩展数据估算含初始缺陷的管道在运行条件下的疲劳寿命的数学计算方法．用该方法计算了6种管线钢在给定运行条件下的疲劳寿命,并进行了模拟实际条件的疲劳实验,表明管线钢疲劳寿命的计算值与实验值之间存在良好的线形关系,即在疲劳裂纹扩展实验结果的基础上,计算管线钢在实际运行条件下的疲劳寿命是可行的．同时讨论了管线钢的组织对其疲劳性能的影响．     

高温时效对G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响

在保载时间600 s,初始应力强度因子范围为23 MPa·m^0.5条件下，研究了G115钢在650℃时效1000、2000和3000 h后的蠕变-疲劳裂纹扩展行为。结果表明，随着时效时间的增加，时效后G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展速率da/dN显著增加，导致裂纹扩展寿命降低。然而，时效时间的变化对裂纹扩展机制无显著影响，均为伴随大量蠕变损伤的穿晶主导混合断裂模式。沿边界Laves相的快速形核和长大、固溶作用的降低是导致时效后G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展寿命降低的主要原因。     

涡轮盘中心孔三维疲劳裂纹扩展分析

基于有限元软件ABAQUS和三维裂纹扩展分析软件Franc3D,对涡轮盘中心孔三维疲劳裂纹扩展进行研究分析。首先,对平板试样表面裂纹进行裂纹扩展模拟计算研究,对比手册中Gross/Brown理论模型验证裂纹扩展应力强度因子数值模拟的准确性;其次,针对涡扇发动机涡轮盘结构,对轮盘不同外缘等效应力、转速情况的应力强度因子以及考虑初始缺陷的三维疲劳裂纹扩展寿命进行计算;最后,讨论发动机载荷差异对应力强度因子和裂纹扩展寿命影响规律。结果表明：在相同裂纹长度时,应力强度因子随着轮盘外缘等效应力和转速增加而增大,载荷越大疲劳寿命则越短,且裂纹越长,影响越大。为工程上三维裂纹扩展计算以及寿命评估提供参考。     

高温条件下NiCrMoV转子钢焊接接头的高周疲劳性能研究

通过应力比R=-1的拉压高周疲劳实验,研究了在370℃条件下汽轮机转子模拟件焊接接头的高周疲劳裂纹的萌生和扩展过程.通过扫描电子显微镜(SEM)和能谱(EDS)分析了疲劳断口的形貌特征和微区成分.研究结果表明:对于30Cr2Ni4MoV转子钢焊接接头而言,夹杂物主要成分为氧化物(Al2O3、CaO、MgO和SiO2等),疲劳裂纹往往萌生于夹杂物和气孔等内部缺陷.采用有效投影面积模型计算出母材和焊缝区域组织对应的临界缺陷尺寸,建立了夹杂物尺寸和疲劳裂纹萌生区域之间的关系.基于该研究结果,采取适当措施减少其内部的缺陷尺寸,并优化其形态和分布,以提高转子钢材料的抗疲劳性能.     

核电汽轮机转子腐蚀疲劳裂纹的扩展行为

采用直流电压降(DCPD)法测量了核电汽轮机转子材料在157℃除氧超纯水和含0.1%(质量分数)NaCl超纯水中的腐蚀疲劳裂纹扩展速率。采用Priddle模型对试验结果进行拟合,得到材料在不同腐蚀环境中的门槛应力强度因子幅值ΔKth和断裂强度Kc。结果表明:氯离子对核电汽轮机转子材料疲劳裂纹扩展有明显加速作用,可用阳极溶解-膜破裂理论解释;DCPD测得的裂纹长度与断口实际裂纹长度吻合较好,表明试验结果是准确的。     

盲孔法测量汽轮机转子残余应力

采用盲孔法测量汽轮机转子近表面的残余应力,并与切环法进行比较。结果表明:不同加工阶段,汽轮机转子表面的残余应力大小及分布是不同的;盲孔法更能真实地反映汽轮机转子近表面的残余应力状况;盲孔法测量残余应力,破坏性小,操作便捷,测量精度高。     

大型汽轮机低压转子混晶缺陷预防工艺措施研究

揭示了大型汽轮机低压转子锻件产生混晶缺陷的主要原因,提出消除混晶缺陷的锻造工艺措施,通过生产验证和晶粒度数值计算验证,获得了锻造300和1000MW两种汽轮机低压转子的具体工艺参数,申请并授权了两项发明专利.     

汽轮机转子调节级叶轮R过渡区弹性槽的检测方法和寿命预测

采用多种有效手段对汽轮机转子叶轮R过渡区和弹性槽实施检测,可以为转子安全运行及寿命预测提供可靠数据。总结了一套较为成熟的检测方法,该方法可以有效地检测出汽轮机转子存在的裂纹缺陷,提高机组运行的安全性和经济性,并且在火电厂检修中得到应用和满意结果,提高了检测可靠性。     

疲劳损伤对核电汽轮机焊接转子接头应力腐蚀开裂敏感性的影响

采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了不同程度疲劳损伤对核电汽轮机焊接转子接头应力腐蚀开裂敏感性的影响,利用扫描电子显微镜等观察手段讨论了疲劳损伤对汽轮机焊接接头应力腐蚀开裂敏感性和二次裂纹的作用机理. 结果表明,疲劳损伤增强了核电汽轮机焊接转子接头应力腐蚀开裂敏感性. 此外,疲劳损伤的作用使空气中试样的塑性提高而在腐蚀溶液中塑性降低,也影响了试样内部二次裂纹的产生和扩展.     

中国核电汽轮机发展与展望

采用慢应变速率拉伸试验(SSRT)研究了不同程度疲劳损伤对核电汽轮机焊接转子接头应力腐蚀开裂敏感性的影响,利用扫描电子显微镜等观察手段讨论了疲劳损伤对汽轮机焊接接头应力腐蚀开裂敏感性和二次裂纹的作用机理. 结果表明,疲劳损伤增强了核电汽轮机焊接转子接头应力腐蚀开裂敏感性. 此外,疲劳损伤的作用使空气中试样的塑性提高而在腐蚀溶液中塑性降低,也影响了试样内部二次裂纹的产生和扩展.     

GH720Li镍基高温合金蠕变-疲劳试验研究

对先进航空发动机涡轮盘的典型材料镍基高温合金GH720Li的蠕变-疲劳特性进行了试验研究。通过对真实涡轮盘上取样的圆棒试验件,开展了650℃不同保持时间下的GH720Li合金蠕变-疲劳试验。结果表明,650℃下保持时间对GH720Li合金的蠕变-疲劳特性影响较大,即,在较长的保持时间(30 min)下,蠕变损伤占主导地位,降低了材料的蠕变-疲劳寿命。SEM断口分析表明:随着保持时间的增加,裂纹形成区由穿晶和沿晶混合断裂向沿晶断裂转化;裂纹扩展区由穿晶断裂向穿晶、沿晶的混合模式转化。最后,基于GH720Li合金的蠕变-疲劳试验数据,分别选取载荷谱转换法和机械功密度法进行GH720Li合金的蠕变-疲劳寿命预测,并研究了2种模型的工程适用性。     

MULTIAXIAL CREEP-FATIGUE LIFE EVALUATION UNDER PROPORTIONAL LOADING

A new method was proposed for the multiaxial creep-fatigue life evaluation under proportional loadings. Because this method was derived from the strain range partitioning method with a multiaxiality factor, it was possible to consider the influence of both creep-fatigue interaction and multiaxial stress state on fatigue life. In order to predict the combined axial-torsional fatigue life the damage under combined loading was defined as linear summation of the damages under axial loading and torsional loading. Axial-torsional creep-fatigue tests were carried out using tubular specimens of 316LC austenitic stainless steel and the ferritic rotor steel. This rotor steel was developed for the permanent magnet type eddy current retarder in heavy trucks. Experimentally obtained lives of both steels were well corresponded with the lives predicted by the proposed method. It was found that the proposed method was effective in multiaxial fatigue life evaluation under proportional creep-fatigue Ioadings.     

焊后热处理对308L奥氏体不锈钢焊缝蠕变-疲劳损伤机制的影响

对钨极氩弧焊308L奥氏体不锈钢焊接接头在高温下进行应变控制的蠕变—疲劳试验,使用光学显微镜和扫描电镜分别对焊态试样和焊后热处理试样进行观察,同时用能谱议(EDS)对析出相进行判定,分析微观结构演变和裂纹扩展机制,研究焊后热处理对焊缝金属微观组织以及焊接接头蠕变—疲劳破坏行为的影响.结果表明,经高温焊后热处理,焊缝金属中δ-铁素体的连续网状结构被打破,裂纹扩展模式由沿晶扩展向混合型扩展转变,从而提高了焊接接头的蠕变—疲劳抗力.     

核电厂枞树型叶片叶根超声波检测技术

汽轮机低压转子是核电厂重要的转动设备,其叶片叶根在高速旋转的过程可能产生裂纹,从而影响到低压转子的安全运行。介绍了针对汽轮机转子末级、次末级枞树型叶片叶根采用的超声检测方法。通过对叶片叶根超声检测技术的研究,掌握了叶片叶根缺陷信号的判断方法。现场检测结果表明,开发的检验技术应用效果良好,在保证核电厂汽轮机安全和可靠运行上起到了重要的作用。