轴向移动温差作用下带环焊缝筒体的循环塑性分析 ——材料棘轮效应的研究及模型参数的确定

论文摘要

焦炭塔是焦炭化工艺中的核心设备和使用环境最恶劣的设备之一,长期在多相环境中经受严厉的压力循环和热循环,会产生焊缝开裂及筒体塔节的鼓胀变形。为了建立能够对结构棘轮效应进行较为精确和全面的估计的本构模型,有必要对材料在不同温度下的循环塑性行为进行深入系统的研究。实验母材材料选用国内外焦炭塔常用的典型材料1.25Cr0.5Mo合金钢,利用MTS 810电液伺服试验机对母材区、焊缝区及热影响区的材料在20℃、200℃、300℃及480℃等温度条件下进行了一系列的单轴循环棘轮实验。试验结果表明:1.25Cr0.5Mo合金钢是一种循环稳定材料,且是率无关的;焊缝及热影响区金属则表现出弱的循环弱化行为,但总体可视为循环稳定。在单轴循环棘轮效应试验中,随着平均应力、应力峰值及应力幅值的增加,棘轮应变增加;棘轮变形依赖于加载历史,先前较大的循环应力对后继较小的循环应力下的棘轮变形起抑制作用。根据拉伸实验及棘轮实验的数据进一步确定了Chaboche模型、O-W模型及双线性随动强化模型（BKH）等有限元分析模型的模型参数,O-W II模型能够对材料的单轴棘轮应变进行较好的预测。利用自行设计的移动温差加载装置,采用电阻应变法,在试验机上对轴向移动温差作用下带环焊缝筒体进行尝试性的循环棘轮效应试验研究,对实验装置及测试系统提出了一些合理性的改进意见。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 国内外研究现状
• 1.2.1 焦碳塔变形温度场的研究
• 1.2.2 焦碳塔变形应力计算的研究
• 1.2.3 焦碳塔变形分析及测量方面的研究
• §1-3 棘轮效应的研究进展
• 1-3-1 棘轮效应的概念
• 1-3-2 棘轮效应的影响因素研究
• 1-3-2-1 平均应力对棘轮效应的影响
• 1-3-2-2 应力幅值对棘轮效应的影响
• 1-3-2-3 加载历史对棘轮效应的影响
• 1-3-2-4 加载路径对棘轮效应的影响
• 1-3-2-5 加载速率对棘轮效应的影响
• §1-4 棘轮效应的预测研究
• §1-5 耦合类随动强化模型
• 1-5-1 Armstrong-Frederick 动力恢复模型
• 1-5-2 Chaboche 模型
• 1-5-3 Ohno-Wang 模型
• 1-5-4 MJS 模型
• 1-5-5 Chen-Jiao-Kim 模型
• §1-6 本论文的研究内容
• 第二章 材料的单轴棘轮效应试验及研究
• §2-1 材料的单轴拉伸和单轴棘轮效应试验
• 2-1-1 材料的单轴拉伸试验
• 2-1-2 材料的棘轮效应试验
• 2-1-3 材料棘轮效应行为的比较
• §2-2 本章小结
• 第三章 有限元分析循环塑性本构模型参数的确定
• §3-1 BKH 模型
• §3-2 Chaboche 模型
• §3-3 OW-II 模型
• 第四章 结论
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 致谢
• 攻读学位期间取得的成果及参加的科研工作