[发明专利]弹性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法

说明书

本发明公开了一种弹性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法，在Davies工作的基础上，提出了考虑拘束效应的蠕变孕育期预测模型。利用韧性耗散损伤模型，引入了拘束参量Q计算考虑拘束效应的蠕变孕育期。使用紧凑拉伸试样(CT)施加主载荷进行蠕变模拟实验，本发明的有益效果：能够在结构中简洁有效的预测出弹性瞬态蠕变条件下蠕变孕育期。

技术领域

本发明涉及考虑拘束效应的高温结构在弹性瞬态蠕变条件下的蠕变孕育期工程临界评价，就是确定当高温结构中存在表面裂纹且处在弹性瞬态蠕变应力条件下时，评价此高温结构的蠕变裂纹萌生寿命。

背景技术

燃煤为主的能源结构是我国雾霾天气的主要成因之一，而燃煤发电是我国目前最主要的发电方式，该趋势将长期存在。因此，除了改变能源结构，发展高效洁净的超超临界(USC)机组是节能减排的重要途径之一。然而，蒸汽温度和压力等参数的提高导致机组关键高温管道的服役环境非常恶劣，特别是管道中存在裂纹、未焊透、焊接气孔和夹渣等各种缺陷，严重威胁机组的安全运行，需要对其进行科学精确的寿命评估。

几十年来，对于高温下含裂纹构件，国外发展了多种高温蠕变寿命的评定规范和方法。蠕变孕育期是蠕变过程中经历时间最长的阶段，孕育期的准确预测对于高温结构的蠕变寿命预测具有重要意义；Davies等人基于韧性耗散模型提出的孕育期预测模型，考虑了蠕变过程应力变化的完整性，但是结构的拘束效应对孕育期的影响并未得到研究；近些年来科研人员对于拘束效应对蠕变裂纹扩展的影响进行了大量的研究。拘束效应广泛的存在于加工制造的高温部件中，并且对部件的服役寿命造成了重大影响。大量针对于高温蠕变情况下拘束效应的研究也广泛展开。因此建立考虑拘束效应的蠕变孕育期预测模型，可以更加准确完整地评估复合加载结构的蠕变孕育期。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种弹性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明在Davies工作的基础上，提出了考虑拘束效应的蠕变孕育期预测模型。利用韧性耗散损伤模型，引入了拘束参量Q计算考虑拘束效应的蠕变孕育期。使用紧凑拉伸试样(CT)施加主载荷进行蠕变模拟实验。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明的弹性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法，包括以下步骤：

S1：建立模型：所述模型包括CT试样本体，所述CT试样本体的中部前端设有槽，槽的后部设有缺口，CT试样本体上还设有上主载荷销孔、下主载荷销孔，上主载荷销孔、下主载荷销孔上下对应设置，分别设置在槽的上下两端；

S2：缺口后部插入预制裂纹，槽、缺口、预制裂纹在同一平面上，利用销子在上主载荷销孔、下主载荷销孔施加主载荷，进行高温蠕变试验；

S3：通过蠕变有限元模拟可以获得计算含拘束效应CT试样孕育期所需要的必要参数，在塑性条件下，计算孕育期主要包括以下步骤：

(2)首先计算瞬态蠕变条件下的拘束参量Q_RR，其计算公式为：

(I)中：是利用有限元计算得出的裂纹前沿处的张开应力值，单位是MPa，σ₀是材料的屈服强度，单位是MPa,参见文献：(Zhao L,Xu L,Han Y,Jing H.Two-parameter_characterization of constraint effect induced by specimen size on creep crackgrowth.Engng Fract Mech 2012；96:251–66.)；