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材料在高温下的力学性能(蠕变、松弛)
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&&材料在高温下的力学性能(蠕变、松弛)。材料在高温下不仅强度降低,而且塑性也降低。应变速率越低,载荷作用时间越长,塑性降低得越显著。和蠕变现象相伴随的还有高温应力松驰。一个紧固螺栓在高温长时间作用下,其初始预紧力逐渐下降,这种现象也是由蠕变造成的。另外,蠕变还会产生疲劳损伤,使高温疲劳强度下降,为此,必须研究蠕变和疲劳的交互作用。
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高温蒸汽管道蠕变损伤非破坏诊断
作者单位：
山东电力研究院
母体文献：
全国第六届电站金属构件失效分析与寿命管理学术会议论文集
会议名称：
全国第六届电站构件失效分析与寿命管理学术会议
会议时间：
会议地点：
主办单位：
中国电机工程学会
在线出版日期：
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不锈钢焊接接头蠕变行为的研究
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官方公共微信电站高温材料棘轮—蠕变交互作用的本构模型研究--《华北电力大学（北京）》2010年博士论文
电站高温材料棘轮—蠕变交互作用的本构模型研究
【摘要】：
随着工业技术的发展,在现代常规电站、核电站及大型化工等行业中,工作介质的温度和压力大为提高,以超超临界汽轮机为例,其蒸汽的温度达到了600℃,压力达到了25MPa,在如此高的参数下长期运行,材料不可避免的要发生疲劳和蠕变破坏行为,当这两种行为同时发生时,产生一种具有更大破坏性的力学行为：棘轮变形。由于其平均应力不为零,导致在循环过程中累积塑性应变逐步增加,一直到材料破坏。在常规电站和核电站等行业中,压力容器的强度设计均要求进行棘轮效应分析。能否进一步提高高温材料的力学性能是限制超超临界汽轮机进一步提高参数的原因之一。材料力学性能的研究的主要内容之一是材料本构关系的研究,一个好的本构关系对于材料的寿命评估具有重要意义。
目前大部分统一粘塑性本构模型(如Ohno-Wang、Chaboche等)在低应力区进行应力保持时,其粘性应力σ_v迅速衰减为零,导致塑性应变速率为零,因此不能对蠕变行为进行合理的描述。针对这一现象,提出在本构方程的塑性应变的演变项中加入Norton蠕变准则,蠕变项通过影响运动硬化和随动硬化实现与疲劳项的耦合。
由于Norton方程只能描述蠕变的第一和第二阶段,体现不了第三阶段的蠕变加速阶段,根据勒梅特提出了应变等价原理,利用等效应力的概念引入蠕变损伤变量,并把等效应力应用到整个统一粘塑性本构方程中,在引入蠕变及蠕变损伤变量后,模型能够较为合理的描述棘轮与蠕变的交互作用。
提出粒子群算法和有限元模块相结合的本构方程参数优化方法,使用面向对象的C++语言开发了有限元计算模块,与面向过程的Fortran语言相比,程序具有很好的扩展性能。提出的优化方法可以直接以实验数据作为输入得到模型参数,与传统的参数确定方法相比可以大大的减少工作量。
针对有限元实现过程中的两个主要技术难点：隐式应力积分过程、一致性刚度矩阵推导,实现了耦合蠕变及损伤变量后的应力积分过程和刚度矩阵的表达式,并成功的嵌入到有限元软件ANSYS中。通过对内压管道受轴向循环载荷实验的模拟,结果表明,新的本构方程在描述棘轮蠕变交互作用方面的能力有所提高。
【关键词】：
【学位授予单位】：华北电力大学（北京）【学位级别】：博士【学位授予年份】：2010【分类号】：TB35【目录】：
ABSTRACT5-7
主要符号表7-11
第一章 引言11-25
1.1 选题背景及意义11-12
1.2 国内外研究动态12-22
1.2.1 界限面模型13-16
1.2.2 A-F类模型16-19
1.2.3 棘轮-蠕变交互作用19-20
1.2.4 模型参数确定方法20-21
1.2.5 模型的有限元实现21-22
1.3 课题研究内容22
1.4 研究方案及难点22-23
1.5 成果和创新点23-25
第二章 粘塑性本构模型的研究25-37
2.1 主控方程26
2.2 屈服准则26-28
2.3 塑性流动准则28
2.4 硬化准则28-32
2.4.1 随动硬化准则28-30
2.4.2 各向同性硬化准则及应变记忆30-32
2.5 棘轮-蠕变交互作用模型32-33
2.6 损伤变量的引入33-36
2.7 本章小结36-37
第三章 模型的有限元实现37-54
3.1 本构方程的离散38-39
3.2 应力增量的计算39-45
3.3 一致性切向刚度矩阵计算45-48
3.4 模型验证48-52
3.4.1 疲劳实验模拟48-50
3.4.2 蠕变实验的模拟50-51
3.4.3 棘轮现象模拟51-52
3.5 本章小结52-54
第四章 本构模型参数的确定54-67
4.1 传统参数确定方法54-56
4.1.1 各向同性硬化参数的确定54-55
4.1.2 粘性参数的确定55
4.1.3 随动硬化参数的确定55-56
4.2 面向对象的非线性有限元56-60
4.3 粒子群优化方法(PSO)60-63
4.3.1 进化算法简介60-61
4.3.2 标准粒子群算法61-63
4.4 参数优化过程的实现63-65
4.5 本章小结65-67
第五章 棘轮蠕变交互作用实验及模拟67-76
5.1 实验条件67-69
5.2 实验结果69-70
5.3 有限元计算70-73
5.3.1 模型建立70-71
5.3.2 参数的确定71-72
5.3.3 计算结果72-73
5.4 交互作用研究73-75
5.4.1 棘轮对蠕变的影响73-74
5.4.2 蠕变对棘轮的影响74-75
5.5 本章小结75-76
第六章 总结及未来工作计划76-78
6.1 研究工作总结76-77
6.2 未来研究工作77-78
参考文献78-86
附录87-101
攻读博士学位期间发表的学术论文101-102
攻读博士学位期间参加的科研工作102
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