考虑应力松弛的涡轮盘蠕变持久寿命可靠性分析方法

提出考虑应力松弛的轮盘蠕变持久寿命可靠性分析方法。该方法基于概率Miner累积损伤理论,考虑载荷和材料参数的分散性以及应力松弛效应,通过对若干计算点有限元蠕变分析结果响应面回归,获得损伤临界函数的近似表达式。进而采用Monte-Carlo法获得轮盘蠕变持久寿命可靠度或给定可靠度的蠕变持久寿命。并分析了应力松弛和各随机变量对蠕变持久寿命的影响。     

基于 TTP 参数法的25Cr20NiNbN 钢持久寿命评估方法

结合常规时间－温度（TTP）参数法和粒子群优化算法（PSO）,建立了 Larson －Miller（LM）, Orr －Sherby －Dorn（OSD）和 Manson －Harferd（MH）模型,然后利用这3种模型对25Cr20NiNbN 钢的持久寿命进行了评估,并利用 Z 参数对3种参数模型的预测准确度进行分析。通过分析3种模型的预测结果,发现 MH 法的预测结果准确度最高。对不同可靠度下材料的持久寿命进行计算,保证了预测结果的可靠性。     

耐热钢持久强度的统计特性及其在寿命评估中的应用

采用统计方法对12CrMo1V和2．25Cr-Mo钢的持久强度数据进行统计分析，确定其分布类型和分布参数，并运用蒙特卡罗模拟法评定电站管道等高温承压部件的可靠寿命：研究结果表明，12Cr1MoV和2．25Cr-Mo钢的持久强度σ10^4^540均服从对数正态分布，利用持久强度的统计特性预测高温承压部件的寿命，合理考虑持久强度的分散性对结构寿命的影响，可提高寿命预测的可靠度。     

基于Larson-Miller参数的蠕变持久强度数学模型

根据持久强度的状态函数属性和Larson-Miller参数的一般表达式，通过微分和积分运算得到高温材料持久强度的数学模型，即持久强度与瞬时抗拉强度之间的关系式。运用该式从理论上证明高温持久应力与持久断裂时间的半对数关系，并将高温材料长时持久强度预测问题转换为更高温度下瞬时抗拉强度的测量和计算。对Mod．9Cr-1Mo耐热钢500℃～550℃下10^5小时持久强度的预测结果表明，该方法与实际测量结果一致。     

镍基定向凝固高温合金蠕变寿命预测的改进方法

一种应用简单、物理依据清晰、稳健的蠕变和持久寿命性能方法是开展航空发动机热端部件强度评价的重要基础。针对航空发动机用典型的镍基高温合金,首先讨论了Wilshire方法对宽温度/应力条件下蠕变性能的预测精度,并证实该方法体系中的等效蠕变激活能比传统方法更接近晶格扩展激活能,所预测的应力分界点与合金不同温度/应力条件下的蠕变变形机制密切相关;其次,通过引入拉伸强度相关的晶向函数对Wilshire和传统的Larson-Miller法进行修正,结果显示修正方法顺利实现了不同晶向下蠕变持久性能的高精度预测;最后,基于Wilshire方法提出了一种基于归一化应力的热强综合参数,该热强综合参数可用于评估高温合金材料在归一化应力条件下的蠕变持久性能,同时基于该热强综合参数有利于发挥材料的高温性能潜能。     

基于样本集聚原理的疲劳可靠性评估方法及其在零部件上的应用

针对随机载荷下的疲劳可靠性,为能实现用小样本量的或大分散性的寿命数据获得较精确的寿命评估结果,基于样本集聚原理,改进应力-寿命关系曲线的获得方法,介绍逐渐缩小区间搜索方法和考虑材料分散性和随机载荷下的疲劳可靠性模型。逐渐缩小区间搜索方法的核心思想是区间逼近,每次搜索循环后均会缩减最优值的范围,至满足设定容差的结果停止搜索,并拟合应力-寿命关系曲线。基于此关系曲线,由确定应力到随机应力,再到服役工况种类的随机性,逐步建立疲劳可靠性模型。应用提出方法评估一服役后铝合金构件的疲劳寿命。结果表明,逐渐缩小区间搜索方法可在短时间内获得高精度的P-S-N曲线,提出的疲劳可靠性模型贴近工程,传统疲劳可靠性模型的结果偏于保守。     

9Cr1Mo型耐热钢持久性能的统计分析及可靠性预测

利用Z-参数法对耐热钢9Cr1Mo、9Cr1MoVNb(T91/P91)的高温持久性能数据进行统计分析,探讨不同温度和应力下持久性能数据的分布规律,实现持久寿命的可靠性预测。结果表明,9Cr1Mo、9Cr1MoVNb钢的高温持久性能数据分布在以Larson-Miller主曲线为中心的狭带中,表征它们持久性能数据分散性的Z-参数服从正态分布。利用Z-参数法对材料的高温持久性能进行预测,预测结果与实验数据符合良好。Z-参数法实现了在一定可靠度下的持久寿命预测,优于传统的安全系数预测法。     

快速升温高温条件下材料力学性能测试方法概述

飞行器飞行过程中气动加热造成的"热障"具有瞬态(短时)高温的特征。在这一瞬态高温环境下,由于温度和时间因素的共同参与,使飞行器结构材料的强度问题变得极其复杂。真实模拟飞行器的服役环境,对其结构材料进行快速升温高温条件下的力学性能测试,得到材料的关键强度参数,对飞行器结构材料的寿命预测、可靠性评估以及飞行器的安全设计有着非常重要的意义。本文在文献调研和技术咨询的基础上,总结概括了快速升温高温条件下材料力学性能测试的发展、常用技术,并根据现有测试技术的实际情况和飞行器技术的要求,提出了快速升温高温条件下材料力学性能测试的发展方向。     

火电厂高温压力管道寿命预测模型的可靠性及进展

综述了当前常用的几种火电厂高温压力管道寿命预测的方法及模型,包括持久强度法、时间参数外推法、θ法与修正的θ法、蠕变曲线外推法和蠕变损伤法,深入讨论了各方法适用条件和可靠性。最后,对与高温压力管道寿命预测有关的几个技术问题进行了分析和展望。     

基于线路试验的转向架构架疲劳可靠性分析

为提升转向架构架疲劳可靠性分析的准确性,预防等效应力和疲劳强度随时间变化导致的疲劳失效,提出一种基于等效时变动态应力-强度干涉模型的疲劳可靠性分析方法。对预评估转向架构架进行线路试验跟踪测试,采用双参数雨流计数法对实测随机应力-时间历程进行处理,建立用于疲劳可靠性分析的应力谱,并根据Miner法则和疲劳损伤等效原则获得对称循环等效应力。结合连续时间模型和伊藤引理,构建等效应力和疲劳强度的一维布朗运动方程,并以疲劳强度大于等效应力为可靠性判据,提出转向架构架的等效时变动态应力-强度干涉模型,分析构架服役寿命与疲劳可靠度的关系。以某型号转向架构架横梁与吊座连接处为对象,基于实测线路试验数据,验证方法的有效性。结果表明：转向架构架服役1200万公里的疲劳可靠度为74.46%,较传统方法偏于安全。由于考虑了等效应力和疲劳强度的时变性与动态性,使得分析结果更加准确,可为焊接结构的疲劳可靠性评估与结构优化提供参考。     

异种钢焊接接头蠕变过程的有限元模拟

异种钢焊接接头常应用于高温下工作的大型构件,其蠕变特性和持久性能对结构的安全性具有重要意义。常规的蠕变试验和高温持久试验仅适用于均匀材料,对非均匀的异种钢接头存在局限性。为了解决该问题,针对某种构件上采用的含有过渡层的马氏体钢与珠光体钢异种金属接头进行了有限元建模。分别利用K-R蠕变损伤模型和改进的θ Projection模型进行模拟计算,并且对比了非均匀结构与均匀的焊缝、过渡层和母材的蠕变特性。对比发现,非均匀结构中抗蠕变性能较弱的过渡层部分的蠕变速率要大于均匀的过渡层材料的蠕变速率,这说明材料的不均匀性会带来附加的蠕变损伤。因此,仅通过均匀材料的蠕变试验来预测非均匀结构的寿命是不可靠的,应采用蠕变试验与有限元计算相结合的方法进行非均匀结构的寿命预测。     

Omega蠕变寿命评估方法及应用

传统高温过热蒸汽管及过热炉管蠕变寿命评估多采用等温外推、Larson-Miller参数和θ参数等寿命评估方法,此类寿命评估方法常通过开展多组高应力蠕变测试进行短时外推,不仅耗时长、取样破坏性大、寿命评估存在分散性,而且此方法没有考虑材料的老化与损伤,长时外推结果置信度下降。1986年,美国材料学会(MPC)发起了用于评估工作在蠕变范围内部件剩余寿命的O-mega工程,目前该评估方法已被编入API 579 Fitness-For-Service标准中。通过介绍Omega寿命评估方法,并对1Cr0.5MoV和1.25Cr0.5MoSi两种材料开展Omega蠕变分析,再将Omega方法预测的材料蠕变断裂时间与实际断裂时间进行对比,发现Omega方法在评定蠕变寿命评估方面更具优越性。     

Determination of creep constitutive model for 28-48WCo alloy based on experimental creep tests at 817–982 °C

The high-chromium high-nickel alloy is widely used as a heat-resistant material for components in plants under elevated temperatures, and thus, prediction of its creep deformation and rupture life is required for safe design. In this study, a creep constitutive model for the 28-48WCo alloy was determined by employing the Sherby-Dorn equation. Creep deformation tests were conducted at temperatures of 817, 871, 927 and 982 °C, under an applied stress ranging from 27.58 to 82.74 MPa. High temperature tension tests were also conducted to measure the change in elastic modulus with temperature variation. The model provided good predictability of the minimum creep strain rate in the range of experimental test conditions, with a coefficient of determination of 0.92. The creep rupture life was characterized using the Larson-Miller parameter. Creep design curves were proposed to estimate the creep rupture life of the 28-48WCo alloy at a temperature range of 817–982 °C.     

TDFAD APPROACH TO HIGH TEMPERATURE DEFECT ASSESSMENT AND ITS ENGINEERING APPLICATION

From the idea of failure of defective structures at high temperature being controlled by two mechanisms: fast fracture due to creep crack growth initiating at the crack tip and creep rupture on the weakened section, a time-dependent failure assessment diagram (TDFAD) is developed on the basis of the time dependent crack tip parameter J integral. According to the proposed TDFAD method, detailed crack initiation and creep crack growth analysis is avoided in safety assessments of high temperature structures by performing simple calculations of stress intensity factor and limit load. To evaluate the creep toughness parameter Kmat, three different expressions are suggested on the basis of experimental load-line displacement, creep crack initiation and growth parameters as well as the isochronous stress-strain curve. The influence of service factors such as temperature and service-time on the proposed TDFAD is discussed by using the properties of 2.25CrlMo steel and an example is also presented to illustrate t     

高温构件蠕变损伤的概率计算及概率损伤图

由于材料性质以及操作条件的随机性 ,高温构件的蠕变损伤也同样具有随机性。文中根据概率计算的基本原理和高温构件蠕变损伤确定性解 ,得到蠕变损伤的概率方程。探讨各参数的分布规律 ,利用K S检验方法 ,对高温材料数据进行全面的检验 ,包括高温材料的蠕变系数和指数、损伤系数和指数 ;同时 ,对操作温度以及高温构件的蠕变损伤进行检验 ,认为这些参数分别符合正态或对数正态分布。在全面考虑各参数的随机性和相关性基础上 ,最终获得高温构件的概率蠕变损伤解。为了表达它们之间的关系 ,以期最终达到高温构件寿命预测和可靠性评估的目的 ,考虑两个参数 ,确定性时间t和随机性的炉管损伤值D。将它们之间的关系表述成为t—D—f(D)图 ,形成高温构件的概率损伤图 ,清晰地勾画出不同时间D值的概率分布关系 ,为高温构件的可靠性分析和概率寿命预测提供基础     

考虑高温蠕变的螺栓和法兰材料的选配*

螺栓和法兰材料的选择是影响螺栓法兰接头密封性能的重要因素,特别是在高温条件下服役,螺栓法兰发生蠕变的情况下。分别选择法兰蠕变速率大于螺栓蠕变速率以及小于螺栓蠕变速率的两组配合方式,通过传热分析、热-结构耦合分析以及高温蠕变分析,对比研究其密封性能。结果表明:螺栓蠕变和法兰蠕变都会引起螺栓应力重新分配,随着时间延长螺栓蠕变的累积会导致螺栓截面应力越来越均匀;但法兰蠕变的累积会降低法兰刚度,致使偏转角增大进而导致螺栓内外侧受力相差越来越大;法兰蠕变速率越大,法兰整体刚度下降越快,法兰服役周期越短,因此选择高温服役的螺栓法兰接头材料时,选取的法兰材料蠕变速率不能太大,且抗蠕变性能要比螺栓材料强。     

蠕变持久寿命幂函数预测方法

通过对大量试验数据的分析研究发现．蠕变持久寿命试验数据经加权累加变换后，能够很好地呈现出幂函数变化规律。由此建立蠕变持久寿命幂函数预测模型，并采用导数最小二乘法确定模型中的待定参数。该方法不但拟合蠕变持久曲线本身，而且还同时拟合蠕变持久曲线上各点的导数，能够很好地描述蠕变持久曲线及其变化趋势，从而实现长期蠕变持久寿命的高精度预测。大量对比试验结果表明，与传统方法相比，蠕变持久寿命幂函数预测方法可以获得更高的预测精度。文中给出两个应用实例。     

Prediction of creep failure in aeroengine materials under multi-axial stress states

The creep and creep rupture behaviour of two, significantly different, aeroengine materials, namely a nickel-base superalloy at 700°C and a high temperature titanium alloy at 650°C, were studied. Experimental creep tests were conducted on uniaxial specimens and axisymmetric notched bars under constant tensile loads conditions. From the uniaxial creep test results, a creep continuum damage model was established for each of the materials. The skeletal point stress approach was used to obtain the approximate creep rupture stress criterion in the multi-axial generalization of the creep continuum damage models. This approximation was cross-checked using axisymmetric Finite Element (FE) analyses in a trial and error procedure. Multi-axial creep continuum damage models were then used in further FE creep analyses to predict the creep rupture times in specimens subjected to different tensile loads. The FE predictions of the rupture times in these notched specimens were found to be in good agreement with the experimental results for the nickel-base superalloy (Waspaloy) at 700°C and the titanium alloy (IMI834) at 650°C.