耐热钢持久性能的可靠性分析

摘要

在石油、化工、电力及航空航天等工业领域广泛应用的高温设备，长期在高温、高压等苛刻的环境下服役，材料的微观组织会发生劣化，导致持久性能的降低，从而影响设备使用的安全性。耐热钢持久性能的评估分析及寿命预测技术不仅对设备维护及更换周期具有直接的经济利益，同时更为重要的是对设备安全运行具有的重大社会意义，因此受到国内外研究人员的关注。 Z参数方法可以合理地考虑材料持久性能数据的分散性，实现了耐热钢持久寿命的可靠性预测。本文基于Z参数方法对数十种耐热钢的持久性能数据进行了统计分析，结果表明这些耐热钢的Z参数均服从正态分布规律，而基于Z参数的可靠性分析方法可用于这些耐热钢的持久性能分析和评估。本文基于Z参数，提出了耐热钢的应力-TTP参数.可靠度曲线(σ-TTP-R曲线)、应力-持久寿命-可靠度曲线(σ-tr-R曲线)和许用应力-温度-可靠度曲线([σ]-T-R曲线)，为耐热钢持久寿命的可靠性预测和设计工作提供了帮助。 由于时间，温度参数法中常数项的选择对蠕变持久寿命预测结果有重要的影响，本文针对工程上常用的Larson-Miller参数和Manson-Haferd参数进行分析。发现对于Larson-Miller参数模型，选择不同的C值数据分布趋势和预测结果都有很大的变化；而Manson-Haferd参数的两个常数项Ta和lgta并不是独立的参数，两者之间满足线性关系：lgta=27.015-0.026Ta，并且在其线性关系上较大范围内取值均能获得高精度的预测结果；对数种耐热钢选用(450，15)作为统一的M-H参数进行预测分析，可以得到较高精度的结果。 本文同时通过举例重点对比了可靠性方法与安全系数法在耐热钢持久性能分析和设计中的应用，探讨并比较了可靠性分析方法与现用标准(SH/T3037-2002)中采用的最小断裂强度方法。

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1 绪论

1.1研究背景及意义

1.2高温持久性能

1.2.1 蠕变

1.2.2耐热钢的持久性能

1.3持久性能评估分析方法

1.3.1持久强度法

1.3.2蠕变损伤法

1.3.3 时温度参数法

1.3.4 θ法

1.4可靠性评估在寿命预测中的应用

1.4.1 可靠性的发展

1.4.2材料性能参数的随机性

1.4.3 可靠性评估方法

1.5本课题的研究内容

2基于Z参数的持久性能统计分析

2.1 耐热钢的持久性能数据

2.2基于Z参数的持久性能可靠性分析方法

2.2.1 Z参数的表达式

2.2.2 Z参数分布的统计分析

2.2.3持久性能的可靠性预测

2.3耐热钢可靠性分析结果

2.4本章小结

3 TTP参数选择及其对预测结果的影响

3.1 Larson-Miller参数

3.2 Manson-Haferd参数

3.3 Manson-Haferd参数选择及其应用

3.4耐热钢的TTP参数选取结果

3.5本章小结

4可靠性方法与其它设计方法的比较

4.1 与安全系数法的比较

4.2与最小断裂强度方法的比较

4.3本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢