循环蠕变作用下材料寿命估算方法研究

摘要

在工业生产中,许多机械和设备的构件都是在高温条件下工作的,这些构件往往既承受着高温蠕变作用,同时还承受着循环荷载作用,这两种作用不只单独对材料构成损伤,其交互作用也会对材料的寿命产生影响。而这些构件一旦破坏,会造成重大的财产损失和人员伤亡,其安全性特别需要人们重视。因此,对该类材料在高温循环蠕变作用下寿命估算方法的研究具有重要的意义。
　　 本文通过对P91钢循环蠕变试验结果的分析研究以及对不同材料循环蠕变破坏断口的微观观察,从宏微观两个角度揭示了该损伤演化过程,即循环蠕变材料承受着蠕变损伤、疲劳损伤及其交互作用损伤的共同作用。根据材料循环蠕变的微观变化机理,在线性累积损伤法的基础上,提出新的“损伤”概念,弥补了应用现行“损伤”概念求解循环蠕变问题时边界条件与工程实际不相符合的缺陷,实现了三种损伤作用的叠加；利用“应变回复理论”和“金相学理论”对材料交互损伤的微观解释,定义了交互损伤项,赋予了交互损伤项新的内涵及求解方法,提出了一种循环蠕变寿命估算模型:
　　 DC+Dcf+Df=1
　　 发挥了灰色数学理论在处理“行为信息不完全、运行机制不清楚这类系统”的优越性,将其应用到寿命预测当中,在循环蠕变作用机制复杂且试验数据较少的情况下,保证了模型预测的精度。
　　 应用该模型估算了P91钢、12CrlMoV钢及316L不锈钢在循环蠕变作用下的寿命,并与试验值及其他模型的计算值进行了对比,结果显示应用本方法预测不同保载时间下构件的循环蠕变寿命精度较高,模型形式简单、计算所需参数较少、便于工程应用。