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。     

基于ASME标准的高温压力容器高温疲劳强度设计方法比较

高温压力容器服役过程中面临蠕变、蠕变-疲劳等失效机制问题,设计与控制是制约许多高技术工艺实现的瓶颈和难题。针对高温压力容器的蠕变及蠕变-疲劳失效模式,从应力设计准则、应变和变形设计准则以及蠕变-疲劳交互载荷下的设计准则三个方面分析介绍ASME标准中NB和NH分卷的异同,并以加氢反应器催化剂排出罐为例,使用弹性有限元法分析讨论了两种方法在强度设计中产生的差异。     

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。     

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.在结构层面,重点阐述了多轴应力对蠕变和疲劳损伤的影响并介绍了基于蠕变疲劳损伤交互图的寿命设计方法.此外,介绍从蠕变疲劳裂纹萌生到扩展的蠕变疲劳可靠性分析方法.最后,对本领域今后的发展方向进行了展望.     

四代核电高温部件结构分析设计方法

四代核电装备需要在高温、长寿期、载荷复杂等极端条件下服役,产品设计中需要兼顾蠕变、疲劳、蠕变-疲劳交互作用等影响。通过分析英国的R5规程、法国的RCC-MR、美国的ASME-NH,阐述高温部件结构分析设计方法,为核电高温部件设计提供参考。     

不同温度下1Cr18Ni9Ti钢高温疲劳与蠕变的交互作用

为研究不同温度下高温疲劳与蠕变的交互作用,分别在600,625,650,675,700℃下对1Cr18Ni9Ti钢进行静态蠕变试验和高温疲劳-蠕变试验,得到了蠕变寿命和高温疲劳-蠕变寿命,并用数值模拟计算得到了不同温度下的高温疲劳寿命;之后,综合上述数据计算出了蠕变损伤和高温疲劳损伤,再结合带交互作用系数的寿命预测公式得到了不同温度下高温疲劳和蠕变的交互作用系数,最后研究了温度对交互作用系数的影响。结果表明:温度低于625℃时,交互作用系数为负数;温度高于625℃时,交互作用系数为正数;随着温度升高,交互作用曲线向蠕变损伤方向弯曲。     

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...     

航空发动机高温部件的寿命预测方法

对航空发动机高温部件蠕变以及疲劳/蠕变交互作用下寿命预测中所涉及的关键技术——高温部件的寿命预测方法进行了系统的综述,评述了各种理论的基本思想、特点及发展前景。本文总结的各种疲劳寿命预测方法对进一步研究发动机高温部件的疲劳寿命是有工程参考价值的。     

基于蠕变疲劳损伤评定的管板边缘结构合理化研究

为满足电网调度需求,光热电站熔盐蒸发器需要频繁启停,并且熔盐温度较高,蒸发器长期在钢材蠕变温度之上运行,高温疲劳和蠕变的交互作用决定了蒸发器的服役寿命.管板作为蒸发器的核心部件,其结构会影响管板的蠕变和疲劳损伤.基于有限元分析,根据ASMEⅢ-5 HBB非强制性附录,对熔盐蒸发器管板进行高温蠕变疲劳损伤评定,着重研究G...     

在蠕变—疲劳条件下评估固溶温度对GH135合金性能的影响

就GH132合金在900℃和980℃的固溶温度下的高温拉伸性能、常规持久、高温低周疲劳和蠕变-疲劳交互作用性能进行了对比试验研究。提出了一种简便的评估固溶温度在蠕变-疲劳条件下对合金性能影响的方法。应用这种方法,可以为合金选定适合在蠕变-疲劳条件下工作的固溶温度。这种方法也可用于新材料研制、选材和对其它工艺参数的筛选。     

基于ASME规范案例2843的加氢反应器蠕变-疲劳强度分析与考核

对ASME规范案例2843进行较为具体的解读,并在蠕变和疲劳交互作用下,结合高温加氢反应器的实例进行了说明。该蠕变-疲劳分析的过程包括应力强度校核、忽略蠕变影响的判定、应变和变形校核、蠕变分析、疲劳分析和蠕变-疲劳交互曲线验证。与ASME规范案例2605-2相比,ASME规范案例2843所适用的材料更广泛,对应的温度范围和最大服役寿命也更明确。得到的结论是:蠕变损伤的破坏大于疲劳损伤,工程实际应更多关注蠕变损伤,进行足够的结构加强,减小蠕变失效。     

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。     

粉末冶金FGH96镍基高温合金的蠕变-疲劳交互行为

对国产粉末冶金FGH96镍基高温合金在650℃总应变控制下进行了无保载疲劳试验以及最大拉/压应变保载蠕变-疲劳试验,研究了其失效寿命及失效模式,并与铸造GH4169镍基高温合金的失效寿命进行了对比。结果表明:保载的引入降低了FGH96高温合金的失效寿命,与最大拉应变保载相比,最大压应变保载时产生的蠕变损伤更大,失效寿命更短;FGH96高温合金的疲劳失效寿命基本上高于GH4169高温合金的,但是较高应变幅下(大于1.4%)的蠕变-疲劳失效寿命低于GH4169高温合金的,在较低应变幅下(小于1.4%)则相反;FGH96高温合金的疲劳断口和蠕变-疲劳断口均呈现出表面或近表面多裂纹源失效特征。     

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。     

对中国压力容器分析设计标准的发展展望

简述了国内外压力容器分析设计技术的发展历程及国外分析设计技术最新进展,指出应在中国新版分析设计规范中吸收ASMEⅧ-2(2007及2010版)以及EN 13445(2002,2006及2009版)的国际先进技术,同时提出了中国分析设计标准需要解决的一些前沿课题。分析了国际压力容器分析设计技术中疲劳设计方法、高温容器蠕变分析设计方法、法兰接头强度、刚度和密封性能的分析设计方法、高温高压法兰连接系统抗蠕变松弛及泄漏的分析设计方法、高温压力容器蠕变-疲劳双循环工况下分析设计法等研究进展及其不足之处,提出了中国新版分析设计规范的若干对策及展望。     

1.25Cr0.5Mo钢缺口试样高温疲劳蠕变交互作用的试验研究

通过对1.25Cr0.5Mo钢半圆和V型缺口试样520℃和540℃环境下应力控制的梯形波加载试验,对1.25Cr0.5Mo钢缺口试样高温环境下疲劳蠕变交互作用的规律进行了研究。研究表明:1.25Cr0.5Mo钢缺口试样在高温环境下对应力的敏感性不高;与光滑试样不同,缺口试样高温环境疲劳蠕变交互作用下的破坏机制以疲劳为主;缺口试样高温环境疲劳蠕变交互作用的断裂寿命主要应力、温度和缺口形状的影响。     

高温过热水蒸气环境蠕变疲劳试验机

本文论述了高温过热水蒸气环境蠕变疲劳试验机的设计原理及结构,介绍了设备的主要功能及特点。该设备主要用于金属材料在服役的高温过热水蒸气环境下的蠕变疲劳试验。     

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     

2.25Cr-1Mo-V钢制反应器蠕变-疲劳寿命分析

基于ASME code case 2605-1对2.25Cr-1Mo-V钢制反应器进行高温蠕变疲劳耦合分析,根据已有棘轮分析的结果,结合纯蠕变寿命分析,对正在设计的加矾钢反应器进行蠕变-疲劳寿命评估,详细阐述了具体的分析步骤,结果表明加矾钢反应器的预期寿命能够满足设计要求。     

固溶处理对304H焊接接头高温蠕变疲劳性能的影响

采用具有保持时间的高温蠕变疲劳试验,研究了304H不锈钢焊接接头在相同条件下焊态和固溶态焊接接头蠕变疲劳寿命,使用断口扫描电镜、透射电镜、金相显微镜分析了断裂失效机理及裂纹扩展走向。结果表明,固溶处理可以显著提高焊接接头蠕变疲劳寿命,固溶态焊接接头蠕变疲劳寿命约为焊态的1. 6倍;焊态下断口主要呈穿晶韧窝断裂特征,固溶处理试样断口呈现穿晶与沿晶混合断裂特征,裂纹从纤维区向结晶区扩展断裂。两种状态均有脆性相碳化铬析出,但固溶处理后Cr的析出率降低,延迟了脆性相的生成;同时,固溶处理后晶粒变大,提高了蠕变强度,这些因素导致固溶态304H焊接接头蠕变疲劳寿命的增加。