残余应力对不同几何和材料拘束试样蠕变裂纹起裂和扩展行为的影响

发布时间：2017-12-10 18:13

  本文关键词：残余应力对不同几何和材料拘束试样蠕变裂纹起裂和扩展行为的影响

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【摘要】：本文采用局部压缩的方法在C(T)试样中引入不同大小及分布的残余应力,而后用新近发展的并通过实验验证的应力相关的蠕变延性耗竭损伤模型的有限元法,较为系统地模拟研究了残余应力对不同几何拘束的均质Cr-Mo-V钢试样和不同材料拘束的P92钢焊接接头试样的蠕变损伤、裂纹起裂(CCI)和扩展(CCG)行为的影响,并通过裂纹前损伤、等效应力和应力三轴度的分布对该影响机理进行了分析。研究工作及得到的主要结果如下：(1)通过面内压缩含缺口二维C(T)试样,在缺口根部引入残余拉应力,而后模拟研究了其对缺口蠕变损伤和断裂的影响。结果表明,随试样缺口半径的增大,裂尖前峰值残余拉应力减小,蠕变裂纹起裂时间增加,裂纹扩展时间缩短。随着压缩刚体位移载荷的增大,裂尖残余应力增大,蠕变起裂时间缩短,但蠕变裂纹扩展速率几乎不变。通过缺口前应力场及损伤的分布对产生这些结果的机理进行了分析。(2)用侧面刚体局部压缩(LOPC)的方法,在Cr-Mo-V钢含裂纹的不同几何拘束(面外与面内拘束)的C(T)试样中引入残余应力,而后模拟研究了残余应力分布及材料蠕变延性对裂尖前蠕变损伤和裂纹起裂的影响。结果表明,随刚体压痕深度的增加,裂尖前残余应力增大,蠕变起裂时间缩短；材料蠕变延性越大,蠕变起裂时间越长。计算得到了不同面外与面内拘束试样中的残余应力分布及其对蠕变裂纹起裂时间和位置的影响规律。(3)通过移动LOPC方法中刚体相对于C(T)试样裂尖的位置,在裂尖前引入从残余压应力逐渐过渡到残余拉应力的不同残余应力分布,而后模拟研究了残余应力分布对Cr-Mo-V钢裂尖前蠕变裂纹起裂和扩展行为的影响及机理。结果表明,裂尖前较高的残余压应力推迟了蠕变裂纹起裂,延长了蠕变起裂寿命；而较高的残余拉应力促进蠕变裂纹起裂,缩短了蠕变起裂寿命。残余应力对蠕变裂纹扩展速率几乎没有影响,它对蠕变断裂寿命的影响主要取决于其对蠕变起裂寿命的影响。(4)采用LOPC方法在不同初始裂纹位置的P92钢焊接接头C(T)试样的裂尖前引入残余应力,研究了残余应力与不同位置裂纹的材料拘束耦合对CCI和CCG的影响。结果表明,裂尖前残余应力与材料拘束之间的交互作用决定了裂尖区蠕变损伤的累积、蠕变裂纹扩展路径及CCI和CCG寿命。裂尖前残余拉应力促进蠕变裂纹的起裂和扩展,缩短CCI寿命,提高CCG速率。接头界面裂纹由于较强的材料拘束作用,具有较短的CCI时间和较快的CCG速率。(5)采用LOPC方法在不同蠕变性能失配的P92钢焊接接头C(T)试样的裂尖前引入残余应力,研究了残余应力与性能失配引起的材料拘束对CCI和CCG的影响。结果表明,残余应力与裂尖区材料拘束的耦合作用决定了裂尖区的蠕变损伤、裂纹扩展路径、CCI及CCG行为。裂纹前残余拉应力和材料拘束引起的局部高三轴应力促进CCI和CCG,降低蠕变断裂寿命。当裂尖材料为蠕变软材料时,CCI时间短,CCG速率快。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB301

【参考文献】

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本文编号：1275406