基于晶体塑性的P91钢高温蠕变细观力学模拟研究

发布时间：2020-06-28 06:57

【摘要】：高铬回火马氏体铁素体钢以其优异的抗疲劳性能和蠕变性能,在现代电厂中得到了广泛的应用,由于材料的宏观性能及破坏机理在很大程度上取决于材料的微观组织结构演变,而目前工程中对于P91钢蠕变的模拟研究大部分都无法对材料的微观结构进行深入研究。本文主要通过对晶体塑性本构进行参数标定,从而实现P91钢的多晶体代表性体元(RVE)模型的蠕变模拟,并对其细观力学行为进行研究。针对P91钢的晶体类型,本文对体心立方(BCC)单晶的塑性本构进行了理论推导,并通过MATLAB实现了在100、110、111三个具有代表性方向载荷下的单晶蠕变模拟,并经过与ABAQUS有限元模拟结果进行比较,验证了理论公式推导的正确性。为了实现高温蠕变下多晶模型的塑性参数标定,本文通过Reuss均匀化理论在MATLAB上建立了三晶体均匀化模型,从而将单晶模型与多晶模型进行了关联,通过定性与定量地分析了各晶体塑性参数对蠕变模拟过程中产生的影响并提出了一个新的参数标定方法,实现了三晶体模型在不同载荷下的蠕变模拟。通过小幅修改三晶体模型的标定参数,成功实现了P91钢RVE模型的有限元模拟并与实验数据吻合良好,通过对模拟结果的分析认为本文所提出的参数标定方法在多晶体模型中依然可以有效地抓住最小蠕变率与应力之间的对数比例关系,从而可以大幅提高RVE模型蠕变参数标定工作的效率与准确率。通过对RVE模型的等效塑性应变和荷载方向应力云图的分析,发现在蠕变载荷下两者的分布具有很强不均匀性,并伴有非常明显的集中现象,而当蠕变进入到蠕变稳态蠕变阶段内的时候材料所受到的应力大小基本不发生变化,而在初始蠕变阶段应力大小会发生明显的改变。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM621;TG142.1
【图文】：

P91钢微观组织结构

P91钢600℃应力与最小蠕变率

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本文编号：2732711