文档介绍：中国石油大学(华东)
硕士学位论文
-1Mo钢热疲劳裂纹扩展特性数值模拟分析
姓名:姜娜
申请学位级别:硕士
专业:化工过程机械
指导教师:李国成
20090401
摘要钢常用在承受循环热负荷的化工设备和压力容器上,它的热疲劳性能好坏直接影响到这些设备的工作状况和寿命,尤其是设备出现裂纹后还能否使用以及能用多久的问题人们非常关注。本文在这样的背景下,以钢为例,通过砑糜邢拊7椒ɡ囱芯克娜绕@土盐评┱固匦浴V饕内容有以下几部分:首先,介绍了热疲劳和疲劳裂纹扩展的研究进展,疲劳裂纹扩展的基本理论,有限元软件在疲劳断裂学科的发展现状,以及蠕变裂纹扩展的基本理论。其次,基于塑性力学和断裂力学基本理论,选用合适的屈服准则、流动法则和强化法则,利用合适的塑性模型,在薪⒋斜咴荡┩噶盐频钠桨模型,模拟出裂尖周围的应力应变场,并计算得到应力强度因子幅值。再者,将计算得到的应力强度因子幅代入交蛘逨剑玫热疲劳裂纹扩展速率,绘制热疲劳扩展速率随裂纹长度的变化曲线。改变不同的裂纹尺寸和加载条件,分析各种因素对热疲劳裂纹扩展速率的影响。建立同相和异相热疲劳模型,分析两者的区别。最后,加入蠕变的影响因素,分析热疲劳和蠕变共同作用对裂纹扩展的影响。关键词:热疲劳,裂纹扩展,蠕变,邢拊7治
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枷批主要符号表丛乙砰裂纹长度疲劳裂纹扩展速率蠕变裂纹扩展速率弹性模量应力强度因子应力强度因子幅循环周次与裂尖的距离应力比温差比温度幅平均温度最高温度最低温度泊松比屈服极限瓦Ⅳ吒∥
翮谎醐。渺辍鲁日期:硼月关于学位论文的独创性声明学位论文使用授权书本人郑重声明:所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果,论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知,除文中已经加以标注和致谢外,本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果,也不包含本人或他人为获得中国石油大学6或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中作出了明确的说明。若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名:本人完全同意中国石油大学6有权使用本学位论文ǖú幌抻谄溆刷版和电子版褂梅绞桨ǖú幌抻冢罕A粞宦畚模垂娑ㄏ蚬矣泄夭棵机构徒谎宦畚模匝踅涣魑D康脑秃徒换谎宦畚模市硌宦畚谋徊樵摹借阅和复印,将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。学位论文作者签指导教师签名:
第一章绪论工程背景【关于疲劳的分类有多种方法,根据在疲劳过程中塑性应变和弹性应变所起的作用大小,可将疲劳分为应力疲劳和应变疲劳;根据疲劳所经历失效循环周次的疲劳、常温疲劳和低温疲劳等等【】。构件在交变的热应力作用下引起的疲劳破坏就叫做热疲劳。这种热应力可以随着现代工业的发展,压力容器广泛应用于化工、电力、核动力工程、交通和城市公用工程等行业和部门中。伴随着其广泛应用,压力容器的安全问题也越来越倍受人们的关注。工程结构中,安全性和可靠性占据着主导地位。而在工程实际中,机械构件由于疲劳而发生失效的现象屡见不鲜,对生产的经济性及人身安全构成极大的威胁。金属材料的疲劳破坏是材料在载荷的作用下逐渐累计损伤、产牛裂纹及裂纹逐渐扩展,直到最后破坏的过程,疲劳破坏是机械设备及结构部件最常见的失效形式。因此,工程结构和材料的疲劳破坏问题一直是工程设计的重点问题。由于工业要求的提高,压力容器设备正在向大型化、复杂化、高参数、严工况的方向发展。为达到这些要求,压力容器设计者大量使用高强度钢材,并普遍使用焊接技术。在恶劣的环境因素下,疲劳断裂事故增加。而压力容器内的介质常常是易燃易爆、有毒有害的,一旦产生事故,其后果则是灾难性的。据统计,由于机件、结构的断裂、疲劳、腐蚀损伤,每年造成巨大的经济损失,占美、日、欧洲等国每年国民生产总值的ィァ通过对美国和英国压力容器事故的分类调查,发现%的事故由裂纹引起,其中疲劳裂纹引起的占%。据我国劳动部统计,我国在年代发生的锅炉和压力容器的爆炸事故约起,人员累计伤亡近恕N夜脱沽θ萜鞯谋ㄊ鹿时裙ひ祷冉腋呤倍,其中恶性重大事故比工业化国家高一百倍。年代发生的锅炉和压力容器的爆炸事故和人员伤亡数虽然有所减少,但仍居国内事故的第二位。正是由于事故的多发性,促使疲劳破坏理论不断发展。长短,可将疲劳分为高周疲劳和低周疲劳;根据工作的环境,疲劳又可分为高温中国石油大学6硕士学位论文
热疲劳研究的历史与进展】要特征是使金属表面形成细小的裂纹网络或龟裂【。此同时,在大量研究的基础上提出的砺即痢炭谑且桓龀J渲蠸表示材料断裂时的名义应力,6狭咽钡牧盐瞥ざ则标志着断裂力学的开端。由温度分布不均引起,也可以由限制金属自由膨胀或收缩引起。热疲