移动界面异质材料的蠕变疲劳及损伤过程模拟

摘要

计算机在材料科学领域的应用日益广泛,利用计算机对工程实际中移动界面异质材料服役时的组织分布、应力场和预期寿命进行数值模拟和计算,为材料检测及失效分析提供科学依据,对于最大限度发挥材料潜力、延长材料使用寿命和保证安全生产有着重要意义.本文通过对移动界面异质材料的典型实例-乙烯裂解炉管的典型工况的分析,针对HK40和HP两种不同材质的炉管,采用有限元法建立了炉管运行时渗碳、蠕变共同作用下的时变应力场模型,计算了不同服役时间时炉管的碳浓度、应力场及寿命分数.该模型可以用来分析炉管失效的原因,预测炉管的损伤程度及剩余寿命,为炉管损伤分析和及时更换炉管提供科学依据.考虑到Fortran语言在科学计算中、VC++在可视化方面及OpenGL在图形显示方面的显著优势,本文采用Fortran、VC++和OpenGL混合编程的方法对程序的后处理作了初步探讨.以图形的方式形象、直观的显示出炉管服役过程中任意时刻的碳浓度分布、应力场及寿命损伤分数.本文处理炉管损伤过程的计算模型,可以推广到具备此类性质的移动界面异质材料的计算中,为工业上众多的复杂服役情况下的异质材料的模拟开辟思路.本文混合编程方法的实现也为进一步完善程序奠定了基础.另外,此法还使得能再次利用先前的科学研究中人们积累的大量成熟的Fortran程序,避免了重复编程和资源浪费,使其在现代的快速开发工具中再次焕发生机.

目录

文摘

英文文摘

1.绪论

1.1引言

1.2移动界面异质材料损伤特点及数值模拟方法

1.3国内外研究状况

1.4论文主要工作

2.渗碳的反应扩散模型的建立与实现

2.1渗碳数值模型的建立

2.1.1扩散计算

2.1.2碳化物的析出计算

2.1.3两种碳化物间转化的判据

2.2初始条件和边界条件

2.3渗碳模型中参数的确定

2.3.1溶解度参数的确定

2.3.2内表面扩散通量的确定

2.4计算流程图

3.应力场有限元模型的建立与实现

3.1有限单元法分析过程概述

3.2热应力

3.3渗碳应力

3.4管内气体压应力

3.5蠕变松弛应力

3.5.1蠕变基本特征[10]

3.5.2蠕变松弛应力的数值计算

3.6寿命分析

3.7模型建立、计算流程图

4.计算结果及讨论

4.1材料性能

4.2炉管渗碳计算

4.3炉管应力场计算

4.4炉管蠕变损伤分数计算

5.混和编程技术实现

5.1概述

5.2 VC++与Fortran90混合编程

5.2.1 VC++与Fortran混合编程规则

5.2.2 VC++与Fortran混合编程基本方法

5.3用MFC进行OpenGL编程

5.4程序运行结果

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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