高溫焊接結構穩(wěn)態(tài)蠕變變形速率的研究.pdf

1、在石油化工、能源冶金等典型過程工業(yè)的關鍵技術裝備中大量存在著高溫環(huán)境下服役的設備與管道。蠕變失效是這些高溫設備與管道的主要失效形式之一，是危害設備長周期安全運行的主要因素。因此，對高溫焊接結構蠕變規(guī)律的研究，是高溫結構強度設計與壽命預測的重要基礎，不僅具有重要的理論研究價值而且具有重要的工程應用價值。本文針對高溫結構中不匹配焊接接頭的蠕變速率問題，通過對穩(wěn)態(tài)蠕變條件下多種簡單構件的蠕變變形速率計算公式的推導，給出了靜定結構和非靜定結構蠕

2、變變形速率的通用計算式，并通過緊湊拉伸試樣的有限元分析計算考察了通用公式的適用性，為非均質(zhì)材料焊接結構蠕變斷裂控制參量C<'*>的理論計算奠定了理論基礎。取得的研究成果如下： (1)分析討論了高溫下焊接接頭的特性及其蠕變失效的基本類型，闡述了焊接結構的高溫蠕變機理和蠕變過程的三個階段；描述了焊接結構高溫蠕變本構方程及穩(wěn)態(tài)蠕變階段用以表征蠕變裂紋擴展的斷裂力學控制參量C<'*>。 (2)首次推導了穩(wěn)態(tài)蠕變條件下單一材料或多

3、種材料構成的典型靜定結構，如簡單拉伸條件下桿狀結構的加載線位移速率、純彎曲加載條件下懸臂梁的撓度變形速率、純扭轉(zhuǎn)條件下的圓形桿狀結構的扭轉(zhuǎn)變形速率等結構蠕變變形速率的計算式。在此基礎上，給出了穩(wěn)態(tài)蠕變條件下靜定結構蠕變變形速率的通用計算式。 (3)通過對典型靜不定結構在穩(wěn)態(tài)蠕變條件下的蠕變變形速率，如簡單拉伸加載條件下二力桿結構的蠕變變形速率、純彎曲加載條件下多種材料層疊梁的蠕變曲率變化速率、受內(nèi)壓作用的多層厚壁圓筒的徑向蠕變變

4、形速率等的計算，給出了多種材料靜不定結構的穩(wěn)態(tài)蠕變變形速率計算的通用計算式。 (4)針對廣泛應用于實際工程中的緊湊拉伸試樣(CT)，利用ABAQUS結構有限元分析軟件，對兩種材料構成的CT試樣和三種材料的內(nèi)壓厚壁主蒸汽管線焊接接頭進行了穩(wěn)態(tài)蠕變的有限元分析計算，結果表明：作為一種典型的非均質(zhì)材料的靜定結構和靜不定結構，蠕變變形速率的有限元計算結果與靜定結構和靜不定結構通用公式計算所得的結果吻合很好，以此驗證了通用公式的適用性。