[发明专利]确定固支直杆小试样弯曲蠕变小变形临界位移的方法

说明书

本发明涉及一种确定固支直杆弯曲小试样蠕变小变形临界位移的方法，(1)建立有限元模型，获得蠕变位移‑时间模拟曲线；(2)将试样小变形过程中位移和转角的变化量划分为弹性阶段变化量与稳态阶段变化量；(3)计算弹性阶段和稳态阶段的最大转角变化量；(4)确定理论蠕变时间参数值；(5)对试样蠕变进行有限元模拟，修正理论蠕变时间参数，得到时间修正系数；(6)对试样进行蠕变试验，获得蠕变位移‑时间试验曲线，计算出修正后的时间参数，修正后的时间参数对应的位移量即为试样小变形的临界位移。本发明可以准确确定试样蠕变的小变形临界位移，解决目前小变形临界位移确定不准的问题。

技术领域

本发明涉及材料蠕变，具体涉及一种确定固支直杆小试样弯曲蠕变小变形临界位移的方法。

背景技术

蠕变，也称潜变，是固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。由于蠕变，材料在某瞬时的应力状态，一般不仅与该瞬时的变形有关，而且与该瞬时以前的变形过程有关。许多工程问题都涉及蠕变。蠕变常常随着温度升高而加剧。这种变形的速率与材料性质、加载时间、加载温度和加载结构应力都有关。在化工过程与发电行业，为了获得高的能源利用率，设备与构件的工作温度和工作压力不断提高，工作环境愈加严苛。对于高温设备，蠕变是其最主要的破坏形式。测量高温设备材料的蠕变性能，特别是在役设备材料的蠕变性能，对预测设备剩余寿命、做出安全评价具有重要的意义。

蠕变试验，即测定金属材料在长时间的恒温和恒应力作用下，发生缓慢的塑性变形现象的一种材料机械性能试验。通常情况下，可通过传统单轴蠕变试验测试材料的蠕变性能，但标准试样体积较大，所需材料较多，限制了其在服役构件材料测试中的应用，这些促进了小试样蠕变方法的发展。固支直杆小试样蠕变试验，即采用固支直杆小试样来测试材料蠕变性能的试验方法，因其试样受力简单、试验设备简易、能够获得断裂数据等优点，具有比较大的研究价值。

目前较为通用的固支直杆弯曲小试样蠕变本构是基于小变形假设建立的，蠕变小变形临界位移的确定，决定了该本构应用的可行性与准确性。现有固支直杆弯曲小试样小变形临界位移的判断准则只考虑了试样的下模间跨距的影响，但实际发现小变形的临界位移还与试验载荷、试样横截面尺寸以及材料属性等相关。因此，只考虑试样的下模间跨距影响来判断小变形临界位移的方法存在局限性，不能作为判断固支直杆弯曲小试样蠕变小变形的通用方法。为了保证基于小变形假设理论的蠕变本构准确应用，也便于固支直杆弯曲小试样蠕变试验方法在工程中的推广应用，需要科学并精确地确定固支直杆弯曲小试样蠕变小变形的临界位移。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定固支直杆弯曲小试样蠕变小变形临界位移的方法，本发明把位移-时间曲线划分为弹性阶段和稳态阶段，经过理论推导和有限元修正，可以准确确定小变形的临界位移，用以解决目前仅考虑试样的下模间跨距确定小变形临界位移，使得小变形临界位移确定不准的问题。

为实现上述目的，发明一种确定固支直杆弯曲小试样蠕变小变形临界位移的方法，所述方法步骤如下：

步骤(1)，建立固支直杆弯曲小试样的有限元模型，根据所述的有限元模型，分别获得在模拟试验条件下，固支直杆弯曲小试样的小变形和大变形蠕变位移-时间模拟曲线；

步骤(2)，将固支直杆弯曲小试样蠕变小变形过程中位移和转角的变化量划分为弹性阶段变化量与稳态阶段变化量；

步骤(3)，分别计算固支直杆弯曲小试样小变形过程中弹性阶段和稳态阶段的最大转角变化量；

步骤(4)，根据误差函数，以及步骤(3)中得到的弹性阶段和稳态阶段的最大转角变化量，得到固支直杆弯曲小试样小变形稳态阶段的最大转角变化量对应的蠕变时间，并将该蠕变时间作为小变形临界位移对应的理论蠕变时间参数；