基于有限元分析的材料蠕变性能指标确立方法研究

摘要

蠕变是与时间相关的缓慢物理变形,对于长期工作于高温、高应力状态的结构,其蠕变不可忽略,材料的抗蠕变性能是重要的力学性能.材料的蠕变性能指标有蠕变极限和持久强度,两者均以极限应力来衡量材料蠕变性能,即结构件工作应力值不可超过蠕变极限或持久强度.专用设备转子长期超高速旋转,应力极高,分布复杂,且蠕变会导致转子工作期间应力不断变化,传统的材料蠕变性能指标无法考虑转子工作期间应力的变化,是十分保守的,无法直接用于专用设备转子结构.为此需建立一套考虑结构应力变化且适用于专用设备转子结构的材料蠕变性能指标,并且可以用来评判该材料是否满足设计寿命内的可靠性要求.本文以材料蠕变模型为切入点,建立了一种针对结构件的材料蠕变性能指标的确立方法.首先,对模型作合理变形,定义了描述材料蠕变速率对应力敏感程度的特征参数,将材料蠕变模型映射到直角坐标系,坐标平面内每一个点将表示一个蠕变模型.然后通过有限元分析,得到寿命期内转子最大蠕变应变达到设计允许最大值时的各个蠕变模型,这些模型将映射成为坐标平面内一条直线,直线将坐标平面划分为两个区域,即最大蠕变应变大于设计允许值和小于设计允许值区域,并以此判断材料蠕变性能.