高铬钢材料高温复杂力学行为的理论研究

发布时间：2021-05-18 14:15

　　近年来,随着可再生能源产业的快速发展,传统发电机组的运行模式正在面临着重大变革。频繁的开启和关闭操作,使得超临界发电机组中的高铬钢构件承受了复杂的热力学载荷,由此可能导致构件中产生蠕变、低周疲劳、延性、氧化腐蚀等多种类型的损伤。各种损伤可能会同时出现,并发生交互作用,从而严重影响高铬钢构件的使用寿命。为了保证构件的安全运行,必须深入研究高铬钢在复杂载荷条件下的热力学行为及其损伤演化特性,从而构建出合理有效的本构模型,实现对高铬钢材料及其构件高温复杂力学行为的预测及剩余寿命评估。本文首先提出了一个三阶段蠕变本构模型,用于描述高铬钢材料在高温恒定载荷条件下的蠕变行为。其中,蠕变应变率在三个蠕变阶段的不同特征都在模型中进行了考虑。对于第二和第三蠕变阶段,模型中采用了两个Larson–Miller参数来预测材料的最小蠕变应变率以及平均蠕变断裂时间。第三蠕变阶段内材料蠕变速率的快速增长是通过引入一个蠕变损伤变量来描述。为了模拟初始蠕变阶段由于应变强化效应引起的蠕变速率的下降,模型中还引入一个与应变强化效应相关的内变量。模型中的材料参数可以通过拟合相关的实验数据得以确定。针对应变控制和应力控制的问... 

【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：132 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 高铬钢材料
        1.1.2 高铬钢材料应用中面临的问题
    1.2 高铬钢材料的实验研究进展
        1.2.1 高铬钢材料的蠕变实验
        1.2.2 高铬钢焊接件的第Ⅳ型蠕变开裂
        1.2.3 高铬钢材料的疲劳
    1.3 高铬钢材料的理论研究进展
        1.3.1 蠕变相关理论模型
        1.3.2 焊接件蠕变破坏的相关理论
        1.3.3 循环粘塑性相关理论
        1.3.4 现阶段理论研究的不足之处
    1.4 本文主要内容
    1.5 本文创新点
第二章 高铬钢材料的三阶段蠕变本构模型
    2.1 研究背景
    2.2 三阶段蠕变本构模型
    2.3 数值积分算法
    2.4 材料参数的确定
    2.5 高铬钢材料的局部蠕变响应预测
    2.6 高铬钢构件蠕变行为的模拟
    2.7 本章小结
第三章 统一多机制连续损伤粘塑性模型
    3.1 研究背景
    3.2 多机制连续损伤模型的热力学建模方案
        3.2.1 基本假设
        3.2.2 各向同性损伤
        3.2.3 状态势函数和本构方程
        3.2.4 耗散型内部变量的演化方程
    3.3 关于各向异性损伤状态的讨论
        3.3.1 二阶损伤张量的引入
        3.3.2 状态势函数与本构方程组
        3.3.3 耗散型变量的演化方程
    3.4 损伤的交互作用
    3.5 本章小结
第四章 多机制损伤模型在高铬钢材料中的应用
    4.1 数值积分算法
        4.1.1 应力控制算法
        4.1.2 应变控制算法
        4.1.3 一致切线模量
    4.2 材料参数确定
        4.2.1 单轴加载条件下的本构模型
        4.2.2 单轴实验与参数确定
    4.3 高铬钢材料的局部力学响应模拟
        4.3.1 循环加载响应
        4.3.2 蠕变响应
        4.3.3 加载-保载实验响应
    4.4 复杂载荷下高铬钢材料的寿命评估与损伤预测
        4.4.1 微裂纹闭合效应
        4.4.2 循环-拉伸保载实验
        4.4.3 循环-拉伸保载实验的寿命评估与损伤预测
    4.5 本章小结
第五章 面向多机制连续损伤模型的材料参数优化程序设计
    5.1 研究背景
    5.2 耦合疲劳-延性连续损伤模型
    5.3 材料参数初值确定与模型模拟
        5.3.1 参数初始值的确定
        5.3.2 模拟结果
    5.4 材料参数优化程序设计与模型模拟
        5.4.1 优化程序
        5.4.2 损伤相关参数的确定
        5.4.3 模拟结果
    5.5 本章小结
总结与展望
参考文献
附录
    附录1 参数优化程序
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件



本文编号：3193937