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考虑拘束效应的高温下含缺陷p92管道寿命评估方法研究-材料科学与工程;材料加工工程专业论文
独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果,也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名:签字日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。 特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:导师签名:签字日期:年月日签字日期:年月日中文摘要拘束效应是影响含缺陷结构在高温下裂纹起裂和扩展的重要因素。裂纹深度 和结构几何尺寸的变化都会引起裂纹尖端拘束效应的变化,从而影响含缺陷结构 的剩余蠕变寿命。因此研究拘束效应对蠕变裂纹扩展的影响,建立考虑拘束效应 的寿命评估方法,对保证高温下含缺陷结构的安全运行具有重要意义。本文以超 超临界火电机组用钢P92 钢为研究材料,结合试验手段以及数值模拟技术,定性 和定量的研究了拘束效应对蠕变裂纹扩展的影响。利用小冲孔蠕变试验技术,通过和相应的单轴蠕变试验结果进行对比,建立 了小冲孔蠕变的载荷和应力以及挠曲变形和应变之间的转换关系,获得了P92 钢焊接接头各微区如母材、焊缝金属、粗晶区和细晶区的蠕变性能。采用初始裂纹位于焊接接头不同微区的蠕变裂纹扩展试验,获得了P92 钢各 微区抗蠕变裂纹扩展能力,得到了蠕变裂纹扩展速率和高温断裂参量C*的关系。 在相同的C*值下,最大的蠕变裂纹扩展速率出现在细晶区中,细晶区的蠕变裂 纹扩展速率值是母材的2 倍左右,主要和这个区域具有比较低蠕变强度和较高的 拘束程度相关。基于蠕变连续损伤力学,开发了蠕变裂纹扩展数值模拟技术。有限元计算的 裂纹扩展情况和试验结果相一致,还清楚的反映了裂纹扩展过程中裂纹尖端区域 蠕变损伤、应力以及应变的变化情况。利用不同裂纹深度以及不同几何尺寸的试样进行了蠕变裂纹扩展试验,结果 表明:裂纹深度以及试样几何尺寸变化引起的拘束效应,对蠕变裂纹扩展速率a?和C*的关系具有重要影响。随后,利用蠕变裂纹扩展数值模拟技术,获得了不 同裂纹深度以及不同几何尺寸试样,在蠕变裂纹扩展过程中裂纹尖端应力以及拘 束参量Q的变化情况。建立了基于C*-Q双参量法的修正的蠕变裂纹扩展速率预 测方法。与单参量C*的预测结果相比,在同样的C*值下,双参量预测的蠕变裂 纹扩展速率值和试验结果具有较好的一致性,可以用来为含缺陷结构提供更准确 的剩余蠕变寿命,保证其高温结构完整性。关键词:P92钢小冲孔蠕变数值模拟技术蠕变裂纹扩展拘束效应C*-Q双 参量法ABSTRACTTheconstraintlevelcouldaffecttheincubationandpropagationofcrackinthecomponentscontainingdefectsathightemperature.Thevariationofcrackdepthandstructuresizewouldinducethevariationofcracktipconstraint.Asaresult,theresidualcreeplifeofthecomponentswouldbechanged.Hence,understandingtheeffectofconstraintoncreepcrackbehaviorandestablishingthecorrespondingresiduallifeassessmentapproachplayedanimportantroleinassuringthereliabilityofthecomponentwiththepresenceofdefectsatelevatedtemperature.Inthispaper, theeffectofconstraintonthecreepcrackgrowthpropertywasqualitativelystudied andquantitativelycharacterized,whichwerecarriedoutonASMEP92steelmainlyappliedinUltraSupercriticalPowerPlantsComponentsbyexperimentalinvestigationandnumericalsimulation.ThecreeppropertiesofdistinctzonesofP92steel
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