Sanicro25钢高温蠕变寿命若干预测技术的分析
发布时间：2020-11-22 06:25
Sanicro25钢在高温下具有高蠕变强度、高防腐蚀性等良好性能,成为新一代超超临界火电机组中的过热器和再热器管道的重要材料。但是构件在高压高温强腐蚀条件中长时间工作时易发生蠕变断裂,使得构件失效,精准预测蠕变损伤寿命对管道的使用和设计具有非常重要的意义。本文以Sanicro25钢为研究对象,利用有限元模拟和解析计算方法计算分析了适用于预测此钢高温蠕变寿命的本构模型,对寿命外推预测效果较好的蠕变延性模型的蠕变延性参量与蠕变应变速率的关系进行了分析,论文的主要研究内容如下:(1)分别应用时间-温度参数法的Manson-Harferd模型、包含一个损伤变量的改进Kachanov-Rabotnov蠕变损伤力学模型、包含三个损伤变量的Dyson蠕变损伤力学模型、基于蠕变孔洞长大和微裂纹作用的蠕变延性模型,基于Sanicro25钢的蠕变数据,对不同应力水平下的蠕变寿命进行预测,分析了不同本构模型的蠕变持久寿命预测的精度。研究发现:蠕变延性模型比其他三个模型都更加吻合试验数据点的发展趋势,其他三个模型会不同程度地高估或过于低估Sanicro25钢的蠕变寿命,从工程应用角度,使用蠕变延性模型预测高温构件的寿命更能保证设备的安全使用。(2)考虑蠕变延性与蠕变应力/蠕变应变速率的相关性,建立蠕变延性值随蠕变应变速率变化的数量关系,获得在变化的应力值下的有差异的蠕变延性值,并代入了有限元计算,研究发现:考虑蠕变延性与平均蠕变应变速率、最小蠕变应变速率的相关性后与原来的模拟计算结果不相同,相比基于平均蠕变应变速率的预测结果,基于最小蠕变应变速率对蠕变延性随应力值的变化取值后的预测结果与实验值匹配度更高。(3)根据能量守恒原理和熵守恒原理,加之考虑了蠕变延性随蠕变应力的变化规律,以及基于蠕变激活能理论融合了构建的应力与激活能的关系式,推导出两个寿命预测解析计算模型。经过与实验数据的对比分析,这些模型不仅方法简单,而且具有较高的预测精度,为高温构件损伤评估和寿命预测提供了新的方法和思路。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG142.71
【部分图文】：
2.2.2 单轴蠕变试样的制备单轴蠕变试样采用圆棒状，其尺寸形式和加工方式参照GB/T 2039－2003标准《金属拉伸蠕变及持久试验方法》，试样形状和尺寸设计如图2-1所示。蠕变试样的加工依照钢管纵向的滚轧方向。图 2-1 单轴蠕变试样设计2.2.3 单轴蠕变试验本文中的单轴蠕变试验是利用电子高温持久蠕变试验机进行，型号是CSS-3910，对Sanicro25钢母材的标准蠕变试样进行单轴蠕变拉伸试验，考虑到我国的即将发展的新一代火电站超超临界锅炉工作时，过热器和再热器部位的不同温度，设计了分别在700℃，725℃和750℃三种温度下，180MPa、200MPa、220MPa、240 MPa四个不同应力水平下的单轴蠕变试验。试验情况如表2-3所示。表 2-3 Sanicro25 钢的单轴蠕变试验方案温度/℃ 应力/MPa700 180 200 220 240725 180 200 220 240750 180 200 220 2402.2.4 单轴蠕变试验的结果和分析Sanicro25奥氏体耐热钢的单轴蠕变拉伸试验中的应变与时间的关系数据，绘出在不同温度和不同的应力水平下的应变—时间曲线
图 3-1 等应力线拟合-2 所示为利用最小二乘法优化后的各个等应力线的拟合直线分(Ta，lgta)。(1-8)和式(1-9)可得：lg = ( )( 0+ 1 + 2 2 + 3 3 )+ 小二乘法对式(3-2)中的 c0，c1，c2，c3四个待定常数进行优化。表 3-1 列出了 M-H 模型的待定参数的优化值。
图 3-3 试验值与 MH 模型预测曲线进的 Kachanov-Rabotnov(K-R)模型有限元模拟基于蠕变曲线建立的蠕变参数唯象模型，Kachanov-Rabotnov(改进形式最为普遍接受并广泛应用在高温管道的蠕变寿命模选取了刘彦[32]考虑蠕变损伤局部性的改进的 K-R 蠕变本构模20)-(1-22)所示。进的 K-R 模型的参数拟合表 2 的数据以及最小二乘法对式(1-18)-(1-20)进行拟合。可得 K-R 模型的参数如表 3-2 所示。参数 α 通过对模拟结果曲线获得[48]，取值为 0。
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本文编号：2894273
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG142.71
【部分图文】：
2.2.2 单轴蠕变试样的制备单轴蠕变试样采用圆棒状，其尺寸形式和加工方式参照GB/T 2039－2003标准《金属拉伸蠕变及持久试验方法》，试样形状和尺寸设计如图2-1所示。蠕变试样的加工依照钢管纵向的滚轧方向。图 2-1 单轴蠕变试样设计2.2.3 单轴蠕变试验本文中的单轴蠕变试验是利用电子高温持久蠕变试验机进行，型号是CSS-3910，对Sanicro25钢母材的标准蠕变试样进行单轴蠕变拉伸试验，考虑到我国的即将发展的新一代火电站超超临界锅炉工作时，过热器和再热器部位的不同温度，设计了分别在700℃，725℃和750℃三种温度下，180MPa、200MPa、220MPa、240 MPa四个不同应力水平下的单轴蠕变试验。试验情况如表2-3所示。表 2-3 Sanicro25 钢的单轴蠕变试验方案温度/℃ 应力/MPa700 180 200 220 240725 180 200 220 240750 180 200 220 2402.2.4 单轴蠕变试验的结果和分析Sanicro25奥氏体耐热钢的单轴蠕变拉伸试验中的应变与时间的关系数据，绘出在不同温度和不同的应力水平下的应变—时间曲线
图 3-1 等应力线拟合-2 所示为利用最小二乘法优化后的各个等应力线的拟合直线分(Ta，lgta)。(1-8)和式(1-9)可得：lg = ( )( 0+ 1 + 2 2 + 3 3 )+ 小二乘法对式(3-2)中的 c0，c1，c2，c3四个待定常数进行优化。表 3-1 列出了 M-H 模型的待定参数的优化值。
图 3-3 试验值与 MH 模型预测曲线进的 Kachanov-Rabotnov(K-R)模型有限元模拟基于蠕变曲线建立的蠕变参数唯象模型，Kachanov-Rabotnov(改进形式最为普遍接受并广泛应用在高温管道的蠕变寿命模选取了刘彦[32]考虑蠕变损伤局部性的改进的 K-R 蠕变本构模20)-(1-22)所示。进的 K-R 模型的参数拟合表 2 的数据以及最小二乘法对式(1-18)-(1-20)进行拟合。可得 K-R 模型的参数如表 3-2 所示。参数 α 通过对模拟结果曲线获得[48]，取值为 0。
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本文编号：2894273
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