电站高温螺栓松弛力学行为的研究

发布时间：2017-10-05 15:11

  本文关键词：电站高温螺栓松弛力学行为的研究

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【摘要】：高温应力松弛是结构完整性理论中的重要内容,也是电站汽轮机法兰螺栓的主要失效形式,研究应力松弛力学行为具有重要的理论意义及工程价值。汽轮机汽缸法兰螺栓在周期性检修时通常会被再次紧固以保障其严密性。螺栓在紧固过程中受力及变形情况复杂,多次重复加载可能造成永久变形进而引发螺栓断裂。因此,研究重复紧固过程中高温螺栓应力松弛行为和变形之间的关系,准确地建立重复加载应力松弛行为的力学模型,对火电厂的安全设计与运行维修至关重要。本文以汽轮机高压缸法兰螺栓材料12Cr-1Mo-1W-1/4V(12CrMoV)、 1Cr-1/2Mo-1/4V(1CrMoV)以及镍基合金Nimonic 80A为研究对象,开展了高温单轴蠕变和单次加载应力松弛实验和特性研究。研究了蠕变和应力松弛之间的关系,建立了基于蠕变机理的应力松弛力学模型。引入蠕变损伤变量建立了应力松弛的损伤演化模型,并使用该模型对重复加载条件下应力松弛实验进行了验证,吻合较好。本文主要研究内容如下：(1)分析了金属蠕变与应力松弛之间的关系,通过微观组织的演变过程论述了金属蠕变与应力松弛第一、第二阶段的对应性；分析了高温螺栓材料12CrMoV钢和1 CrMoV钢在不同应力水平下蠕变与单次加载应力松弛特性以及周期性重复加载应力松弛的特性；完成了镍基合金Nimonic 80A螺栓螺母连接蠕变及重复加载蠕变实验。(2)根据高温材料应力松弛变形机理,引入连续损伤变量,基于Altenbach-Gorash-Naumenko(AGN)蠕变模型构建应力松弛损伤模型,引入抗松弛变量R,建立了重复加载下应力松弛损伤的修正模型。(3)提出了应力松弛模型各常数的确定方法,结合自适应步长的改进欧拉算法及微分进化算法,提出第一、第二阶段应力松弛模型常数的同时确定方法。(4)使用提出的修正应力松弛模型计算分析了镍基合金Nimonic 80A螺栓重复加载情况下力学行为,为汽轮机汽缸螺栓再紧固和初始应力的选择提供了理论依据。
【关键词】：蠕变 应力松弛 重复加载 模型 损伤
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM621;TK261
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-23
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-21
• 1.2.1 应力松弛微观机理15-16
• 1.2.2 应力松弛模型16-18
• 1.2.3 应力松弛损伤18-19
• 1.2.4 重复加载应力松弛行为19-20
• 1.2.5 多轴应力状态下的应力松弛20-21
• 1.3 论文工作的主要内容21-23
• 第2章 高温螺栓材料松弛及蠕变实验研究23-41
• 2.1 12CrMoV钢和1CrMoV钢松弛蠕变特性23-32
• 2.2 Nimonic 80A单轴蠕变应力松弛实验研究32-35
• 2.2.1 实验条件32-34
• 2.2.2 实验结果分析34-35
• 2.3 应力松弛与蠕变的关系35-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第3章 基于蠕变的应力松弛模型研究41-59
• 3.1 第一、第二阶段应力松弛模型41-46
• 3.1.1 传统的基于蠕变的应力松弛模型41-44
• 3.1.2 基于Altenbach-Gorash-Naumenko蠕变方程的应力松弛模型44-46
• 3.2 耦合损伤的应力松弛模型46-51
• 3.3 重复加载条件下应力松弛模型51-52
• 3.4 多轴应力松弛模型52-58
• 3.4.1 单轴应力松弛物理模型52-54
• 3.4.2 多轴松弛约束参数的一般方程54-58
• 3.5 本章小结58-59
• 第4章 应力松弛模型常数的确定59-81
• 4.1 第一、第二阶段应力松弛常数确定方法59-69
• 4.1.1 常数分步确定方法59-60
• 4.1.2 基于微分进化算法的常数确定方法60-64
• 4.1.3 模型常数确定方法对比研究64-69
• 4.2 应力松弛模型损伤及重复加载常数确定方法69-72
• 4.2.1 应力松弛模型损伤常数确定69-70
• 4.2.2 重复加载应力松弛模型常数确定70-72
• 4.3 应力松弛实验的数值模拟72-79
• 4.4 本章小结79-81
• 第5章 汽轮机高压缸法兰螺栓蠕变松弛研究81-95
• 5.1 汽轮机法兰螺栓全尺寸重复加载实验研究81-91
• 5.1.1 全尺寸螺栓实验81-83
• 5.1.2 实验结果分析83-86
• 5.1.3 有限元模拟分析86-91
• 5.2 重复加载下应力松弛对疲劳寿命损耗的影响91-93
• 5.3 本章小结93-95
• 第6章 结论与展望95-97
• 6.1 结论95
• 6.2 展望95-97
• 参考文献97-108
• 攻读博士学位期间发表的论文108-109
• 攻读博士学位期间参加的科研工作109-110
• 致谢110-111
• 作者简介111

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：977478