[发明专利]塑性条件下耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测方法

说明书

本发明公开了一种塑性条件下耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测方法，在Davies工作的基础上，提出了耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测模型。利用韧性耗散损伤模型，引入了与载荷无关拘束参量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塑性条件下蠕变孕育期。

技术领域

本发明涉及耦合残余应力和拘束效应的高温结构在塑性条件下的蠕变孕育期工程临界评价，就是确定当结构中存在表面裂纹且处在塑性应力条件下时，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，但是结构的残余应力以及拘束效应对孕育期的影响并未得到研究；残余应力、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残余应力和拘束效应的研究也广泛展开。因此建立耦合残余应力和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

本发明在Davies工作的基础上，提出了耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测模型。利用参考应立法，引入了弹性追随因子Z计算考虑残余应力的蠕变孕育期。使用紧凑拉伸试样(CT)通过预压缩产生残余应力，并施加主载荷进行蠕变实验。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

本发明的塑性条件下耦合残余应力和拘束效应高温结构的蠕变孕育期预测方法，包括以下步骤：

S1：建立预测模型，所述预测模型包括CT试样本体，CT试样本体的中部前端设有槽，槽的后部设有缺口，槽、缺口在同一平面上，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称设置，分别设置在槽的上下两端。

S2：首先利用上圆销、下圆销对CT试样本体的上下两端进行预定大小的压缩加载，然后释放上圆销、下圆销，会在CT试样本体的缺口附近产生残余应力分布；

S3：在含有残余应力的缺口处插入预制裂纹，以进行蠕变试验；

S4：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；

S5：通过蠕变有限元模拟可以获得计算含残余应力、拘束参量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：

(1)首先计算复合加载下的应力强度因子，其计算公式为：

(Ⅰ)中：