[发明专利]适用于判定应力应变混合控蠕变疲劳损伤状态的通用方法

说明书

本发明公开了一种适用于判定应力应变混合控蠕变疲劳损伤状态的通用方法，首先在同一温度下开展多组不同的应变控纯疲劳试验以及蠕变试验；然后确定应变幅值与寿命的关系以及非弹性应变能密度与非弹性应变能密度率的关系；接着开展多组应变控以及应力应变混合控蠕变疲劳试验；进而根据应变幅值确定每周的疲劳损伤，根据保载时的应力演化或应变演化，确定每周蠕变损伤；基于损伤预测所述材料在蠕变疲劳载荷下的寿命；最后，根据试样的累积疲劳和蠕变损伤以及美国ASME III‑NH标准规定的双线性损伤准则，判定试样在任意时刻的损伤状态。本发明可以很好地预测材料在应变控以及混合控蠕变疲劳载荷下的寿命，还可以判定试样在任意时刻的损伤状态。

技术领域

本发明涉及寿命预测和损伤评定领域，尤其涉及适用于判定应力应变混合控蠕变疲劳损伤状态的通用方法。

背景技术

在航空和电力领域中，众多关键高温核心部件往往承受着复杂的蠕变、疲劳以及蠕变疲劳交互的损伤作用。通常，频繁开停车产生的温度变化使得这些部件处于应变控制的疲劳载荷中，而装备持续稳定运行过程中的恒定内压或者离心力，使高温部件承受恒应力控制的蠕变载荷作用。因此，目前实验室采用的传统应变控制蠕变疲劳试验很难反映上述高温部件真实复杂的运行工况。另外，由于传统应变控蠕变疲劳载荷是通过应变保载期间的应力松弛引入蠕变损伤，导致蠕变损伤容易饱和，难以形成蠕变损伤主导的蠕变疲劳失效模式。所以有必要引入一种能够产生宽范围蠕变疲劳损伤的应力应变混合控制蠕变疲劳载荷加载波形。

蠕变疲劳载荷下的损伤识别是装备设计和制造最为关心的问题之一。目前常用的是线性损伤累积方法。美国ASME III-NH(锅炉及压力容器设计规范)以及法国RCC-MR(核岛机械设施设计和建造规范)均采用这种方法来评估循环加载过程中的蠕变和疲劳损伤，其中蠕变损伤用时间分数表示，疲劳损伤用寿命分数表示。然而，不同于传统的应变控蠕变疲劳载荷，在应力应变混合控制蠕变疲劳载荷下，应力保载期间的蠕变变形显著且应变幅值随循环周次不断变化，这些势必会对现有的寿命预测及损伤评定方法提出挑战，因此需要发明一种适用于判定应力应变混合控蠕变疲劳损伤状态的通用方法，以满足不同载荷作用下蠕变疲劳损伤状态的识别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于判定应力应变混合控蠕变疲劳损伤状态的通用方法，可以实现材料在应变控制以及应力应变混合控制蠕变疲劳载荷下的寿命预测及损伤评估，且具有适用性广，精度高，操作简单等优点。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于判定应力应变混合控蠕变疲劳损伤状态的通用方法，包括以下步骤：

步骤S1，取相同材料的若干试样，在同一温度下对部分试样进行同应变速率不同应变幅值的应变控制疲劳试验，获取疲劳试验数据，转入步骤S2；在与应变控制疲劳试验相同的温度下对部分试样开展不同应力的蠕变试验，获取蠕变试验数据，转入步骤S3；

步骤S2，据疲劳试验数据，确定任意应变幅值下疲劳试验的循环寿命，转入步骤S4；

步骤S3，根据蠕变试验数据，确定蠕变失效时的非弹性应变能密度与非弹性应变能密度率之间的定量关系，转入步骤S4；

步骤S4，在同一温度及同一应变速率下，开展多组应变控制蠕变疲劳试验以及应力应变混合控制蠕变疲劳试验，获得蠕变疲劳试验的半寿命周次，这些数据将用于验证本发明的准确性，同时转入步骤S5和步骤S6；

步骤S5，以蠕变疲劳试验的半寿命周次为特征周次，结合步骤S2中得到的任意应变幅值下疲劳试验的循环寿命，根据蠕变疲劳试验半寿命周次的应变幅值确定每一周的疲劳损伤，转入步骤S7；

步骤S6，以蠕变疲劳试验的半寿命周次为特征周次，结合步骤S3中得到的蠕变失效时的非弹性应变能密度与非弹性应变能密度率之间的定量关系，根据蠕变疲劳试验半寿命周次应变保载期间应力演化或应力保载期间应变演化，确定非弹性应变能密度及非弹性应变能密度率，从而得到每一周的蠕变损伤，转入步骤S7；