高溫焊接結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)蠕變變形速率的研究.pdf

1、在石油化工、能源冶金等典型過(guò)程工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)裝備中大量存在著高溫環(huán)境下服役的設(shè)備與管道。蠕變失效是這些高溫設(shè)備與管道的主要失效形式之一，是危害設(shè)備長(zhǎng)周期安全運(yùn)行的主要因素。因此，對(duì)高溫焊接結(jié)構(gòu)蠕變規(guī)律的研究，是高溫結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)與壽命預(yù)測(cè)的重要基礎(chǔ)，不僅具有重要的理論研究?jī)r(jià)值而且具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。本文針對(duì)高溫結(jié)構(gòu)中不匹配焊接接頭的蠕變速率問(wèn)題，通過(guò)對(duì)穩(wěn)態(tài)蠕變條件下多種簡(jiǎn)單構(gòu)件的蠕變變形速率計(jì)算公式的推導(dǎo)，給出了靜定結(jié)構(gòu)和非靜定結(jié)構(gòu)蠕

2、變變形速率的通用計(jì)算式，并通過(guò)緊湊拉伸試樣的有限元分析計(jì)算考察了通用公式的適用性，為非均質(zhì)材料焊接結(jié)構(gòu)蠕變斷裂控制參量C<'*>的理論計(jì)算奠定了理論基礎(chǔ)。取得的研究成果如下： (1)分析討論了高溫下焊接接頭的特性及其蠕變失效的基本類(lèi)型，闡述了焊接結(jié)構(gòu)的高溫蠕變機(jī)理和蠕變過(guò)程的三個(gè)階段；描述了焊接結(jié)構(gòu)高溫蠕變本構(gòu)方程及穩(wěn)態(tài)蠕變階段用以表征蠕變裂紋擴(kuò)展的斷裂力學(xué)控制參量C<'*>。 (2)首次推導(dǎo)了穩(wěn)態(tài)蠕變條件下單一材料或多

3、種材料構(gòu)成的典型靜定結(jié)構(gòu)，如簡(jiǎn)單拉伸條件下桿狀結(jié)構(gòu)的加載線位移速率、純彎曲加載條件下懸臂梁的撓度變形速率、純扭轉(zhuǎn)條件下的圓形桿狀結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)變形速率等結(jié)構(gòu)蠕變變形速率的計(jì)算式。在此基礎(chǔ)上，給出了穩(wěn)態(tài)蠕變條件下靜定結(jié)構(gòu)蠕變變形速率的通用計(jì)算式。 (3)通過(guò)對(duì)典型靜不定結(jié)構(gòu)在穩(wěn)態(tài)蠕變條件下的蠕變變形速率，如簡(jiǎn)單拉伸加載條件下二力桿結(jié)構(gòu)的蠕變變形速率、純彎曲加載條件下多種材料層疊梁的蠕變曲率變化速率、受內(nèi)壓作用的多層厚壁圓筒的徑向蠕變變

4、形速率等的計(jì)算，給出了多種材料靜不定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)態(tài)蠕變變形速率計(jì)算的通用計(jì)算式。 (4)針對(duì)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中的緊湊拉伸試樣(CT)，利用ABAQUS結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，對(duì)兩種材料構(gòu)成的CT試樣和三種材料的內(nèi)壓厚壁主蒸汽管線焊接接頭進(jìn)行了穩(wěn)態(tài)蠕變的有限元分析計(jì)算，結(jié)果表明：作為一種典型的非均質(zhì)材料的靜定結(jié)構(gòu)和靜不定結(jié)構(gòu)，蠕變變形速率的有限元計(jì)算結(jié)果與靜定結(jié)構(gòu)和靜不定結(jié)構(gòu)通用公式計(jì)算所得的結(jié)果吻合很好，以此驗(yàn)證了通用公式的適用性。