基于参考应力法的蠕变断裂参量C~*估算与工程应用

基于参考应力法的蠕变断裂参量C~*估算与工程应用

论文摘要

高温结构完整性评价对能源、化工、航天等重要工业领域有着重大的现实意义。保证高温结构的完整是安全生产和提高生产效率的前提,随着这些工业领域中的设备渐趋老化,相当多的设备已接近设计寿命或面临提前失效等工业问题。进行结构完整性评价,能避免设备过早退役,并可预测其使用寿命和失效时间,以充分挖掘其利用率。蠕变断裂失效是高温结构的主要失效形式,蠕变断裂参量C~*是高温结构完整性评定的重要参量。参考应力作为一种工程近似方法,在断裂力学领域得到广泛应用。本文基于参考应力法,利用计算非均质试样极限载荷所得结论和等效材料的概念,求解非均质材料的蠕变断裂参量C~*,同时以非线性软件ABAQUS为模拟计算工具,对采用参考应力法所得结果给予验证,主要研究成果如下:1)把非匹配概念引入极限载荷,同时用虚拟材料描述实际材料的应力应变关系,并通过参考应力把二者结合起来求解蠕变断裂参量C~*,将对非均质材料的计算转化为对虚拟均质材料求解问题。2)用参考应力法从理论上对四种具有不同焊缝宽度的焊缝中心裂纹CT试样的蠕变断裂参量C~*进行计算,并对几种标准试样的长处和不足进行了比较。3)对工程中常用的CT、SEB等试样的极限载荷求解参考应力进行了归纳与总结,并对修正参考应力法和等效材料法求解蠕变断裂参量C~*出了相应的公式。4)利用ABAQUS有限元软件对四种具有不同焊缝宽度的焊缝中心裂纹CT试样进行了有限元模拟计算,分析了焊缝宽度变化对蠕变断裂参量C~*的影响,并与参考应力法计算所得结果进行了验证和比较。比较结果表明,采用参考应力法来计算焊件的蠕变断裂参量C~*是可行的。5)讨论了基于参考应力法的蠕变断裂参量C~*在含缺陷结构安全评价中的应用,给出了相应的评价流程,并应用于实际案例。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  • 1.1 引言
  • 1.2 工程背景
  • 1.3 研究现状
  • *'>1.4 参考应力与蠕变断裂参量C*
  • 1.4.1 参考应力法的概念
  • *'>1.4.2 蠕变断裂参量C*
  • 1.5 本文的主要工作
  • 第2章 参考应力及极限载荷求解
  • 2.1 引言
  • 2.2 参考应力确定现有方法评述
  • 2.3 含缺陷结构塑性极限载荷计算
  • 2.3.1 全面失效和局部失效模型极限载荷解
  • 2.3.2 非均质材料的极限载荷解
  • 2.4 小结
  • *方法'>第3章 参考应力法求解蠕变断裂参量C*方法
  • 3.1 引言
  • ref求双材料的蠕变断裂参量C*'>3.2 用参考应力σref求双材料的蠕变断裂参量C*
  • 3.2.1 修正的参考应力方法
  • 3.2.2 等效材料法
  • *'>3.3 等效材料参考应力求解蠕变断裂参量C*
  • 3.4 小结
  • 第4章 试样计算与有限元模拟分析
  • 4.1 引言
  • 4.2 试样计算
  • 4.2.1 试样模型
  • 4.2.2 试样模型特点与尺寸选择
  • *'>4.2.3 参考应力法计算CT试样模型蠕变断裂参量C*
  • *'>4.3 有限元计算蠕变断裂参量C*
  • 4.3.1 有限元模型建立与网格划分
  • 4.3.2 有限元模拟计算
  • 4.4 公式计算与有限元分析比较
  • 4.5 小结
  • *的工程应用'>第5章 基于参考应力法的蠕变断裂参量C*的工程应用
  • 5.1 引言
  • *在失效评估中的作用'>5.2 蠕变断裂参量C*在失效评估中的作用
  • *与失效评定工程应用'>5.3 蠕变断裂参量C*与失效评定工程应用
  • *的工程应用案例'>5.4 蠕变断裂参量C*的工程应用案例
  • 5.5 小结
  • 第6章 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录 ABAQUS模拟INPUT文件
  • 攻读学位期间的研究成果
  • 相关论文文献

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