金属蠕变疲劳寿命预估模型研究进展

高温变载荷作用下的构件易发生蠕变疲劳损伤断裂,严重影响设备的安全运行.蠕变疲劳交互作用下的寿命预测是材料结构完整性的重要要素.综述了影响金属蠕变疲劳寿命的因素,并基于线性累积损伤法、延性耗损法、Manson-coffin方程、频率修正法与频率分离法、平均应变速率寿命预测模型、延性耗竭模型、能量守恒蠕变疲劳交互寿命模型、...     

应用等效应变法的30Cr1Mo1V钢疲劳-蠕变交互作用的试验分析

在540℃和565℃两种温度下进行了30Cr1Mo1V转子钢的疲劳-蠕变交互作用实验.采用Felltham公式建立了应变保持下应力与时间的关系;得到了应变循环幅保持不变、疲劳-蠕变交互作用下的循环应力-应变关系.根据等效应变概念建立了应变-寿命关系,并从分散度因子和标准偏差方面对等效应变法和线性累计损伤法的寿命预测有效性进行了比较;建立了等效应变的临界损伤公式和考虑硬度修正的等效应变寿命关系.试验结果表明,在预测寿命时等效应变法比线性累计损伤法具有更高的精度,等效应变的应力下临界损伤公式能够很好地预测实际损伤,考虑硬度修正的等效应变-寿命曲线和纯疲劳应变-寿命曲线基本一致.图5表2参9     

长期运行后汽轮机转子裂纹扩展行为的研究

对运行16年的30Cr1Mo1V亚临界汽轮机高中压转子进行解剖试验,采用直流电位法对材料在538℃下的蠕变裂纹、蠕变-疲劳裂纹萌生与扩展行为进行了研究,分析了不同初始应力强度因子对蠕变裂纹扩展孕育时间和蠕变裂纹扩展速率的影响,并对高温段和低温段的相关性能进行了比较,研究了不同保持时间对蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响,同时还分析了不同条件下裂纹扩展行为的时间或循环相关性．结果表明：疲劳缩短了蠕变-疲劳裂纹的扩展孕育期,加速了裂纹的扩展;载荷保持时间较短情况下,蠕变-疲劳裂纹扩展行为与循环相关;栽荷保持时间较长情况下,裂纹扩展行为与时间相关．     

蠕变-疲劳交互作用的寿命计算方法

对蠕变疲劳交互作用下的寿命计算方法进行了介绍。这些方法包括单轴和多轴下蠕变疲劳交互作用下的寿命估算模型，交互作用下裂纹扩展计算模型，非零平均应变下的寿命计算模型，以及损伤力学方法等。     

电站锅炉用P91钢蠕变/疲劳交互作用的试验研究

对电站锅炉用P91的母材及焊接接头的蠕变/疲劳交互作用进行试验,使用改进的延性耗损法对试验结果进行分析和处理,得出了P91钢的蠕变/疲劳交互作用特性及交互作用状态下的寿命估算方法.结果表明,P91钢在蠕变/疲劳共同作用下呈负交互作用;在P91的电站锅炉构件寿命估算时,疲劳因素可忽略.     

汽轮机转子钢疲劳—蠕变交互作用

本文对我国电站汽轮机常用的30Cr2MoV转子钢疲劳—蠕变交互作用进行了试验研究。根据火电厂转子运行工况,选择了不同保载时间,进行裂纹扩展试验。结果表明,这种材料在运行工况下存在疲劳—蠕变交互作用;随着保载时间的增加,裂纹扩展速率增加,寿命大大降低。断口分析发现,断面有沿晶断裂,且呈现“r”型空洞。运用线性累积损伤方法计算该转子钢疲劳—蠕变交互作用系数B=1.47～3.95,提出了交互作用下的裂纹扩展判据。     

12CrlMoV钢制部件蠕变—疲劳交互作用的特性曲线研制

本文在12CrlMoV钢母材和焊接接头两种材料的疲劳寿命。蠕变寿命和蠕变-疲劳交互作用行为试验研究工作的基础上，重点对12CrlMoV钢在蠕变-疲劳交互作用下的试验结时进行了整理、分析，在国内首次得出了可供工程应用的12CrlMoV钢蠕变-疲劳交互作用寿命评定曲线，并与ASME规范的相关曲线进行了比较。并应用该方法对一实例做了寿命评定。     

1Cr10Mo1W1NiVNbN钢的蠕变及蠕变-疲劳裂纹扩展行为研究

采用直流电位法,对国内试制的某超超临界汽轮机高中压转子用1Cr10Mo1W1NiVNbN钢在600℃下的蠕变裂纹、蠕变-疲劳裂纹萌生与扩展行为进行了研究,得到了该钢在不同初始应力强度因子条件下的蠕变裂纹扩展孕育时间关系式和蠕变裂纹扩展速率关系式.研究了不同保持时间对蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响,同时还分析了在不同条件下裂纹扩展行为与时间和循环的相关性.结果表明:疲劳缩短了蠕变-疲劳裂纹的扩展孕育期,加快了裂纹的扩展速度;在栽荷保持时间较短的情况下,蠕变-疲劳裂纹扩展行为与循环相关;而在栽荷保持时间较长的情况下,裂纹扩展行为与时间相关.     

基于应变能密度的X12CrMoWVNbN10-1-1钢的蠕变-疲劳寿命预测模型

根据应力控制下对X12CrMoWVNbN10-1-1钢进行的蠕变-疲劳试验来验证基于应变能密度的蠕变-疲劳寿命预测模型,并对620℃下X12CrMoWVNbN10-1-1钢的弹性应变、塑性应变和蠕变应变进行分析。结果表明:在蠕变-疲劳交互作用下X12CrMoWVNbN10-1-1钢的损伤过程包括3个阶段;一次循环稳定阶段的平均应变能密度与总应变能密度成反比,而总应变能密度与蠕变-疲劳寿命成正比,可选择稳定阶段应变能密度的表达式来预测蠕变-疲劳寿命;在应力控制下X12CrMoWVNbN10-1-1钢的短时保载蠕变-疲劳试验同样可以预测长时保载的蠕变-疲劳寿命,意味着基于应变能密度的蠕变-疲劳寿命预测模型对于X12CrMoWVNbN10-1-1钢也适用。     

基于R5规范的超超临界汽轮机阀门损伤评估

采用Abaqus软件对某超超临界汽轮机阀门进行有限元计算,得到阀门温度和Mises应力等参数在启动、稳定运行和停机阶段的分布规律,选取特征位置的数据结果,采用英国的R5规范中损伤评估流程开展疲劳、蠕变交互作用下阀门的损伤和疲劳寿命评估。结果表明:阀门在运行过程中蠕变问题显著;阀门的某些位置在运行中会产生很大的局部应力,不同阶段阀门Mises应力变化差异很大;阀门最危险位置单次循环损伤为0.014 07,即可以保证70次循环的安全运行。     

锅炉受压元件的高温蠕变-疲劳寿命设计计算方法

介绍了锅炉受压元件高温蠕变-疲劳寿命的设计计算方法.该方法建立在线弹性应力分析理论基础上,对我国锅炉制造业长期积累的锅炉受压元件寿命设计计算经验和方法进行了归纳总结,并参照了美国ASME等国际先进标准.它给出了电站锅炉高温受压元件蠕变、低周疲劳及交互作用条件下的寿命损伤计算方法和典型结构及材料的设计计算参数,可供水管锅炉高温受压元件寿命设计使用,在役元件的高温蠕变及高温蠕变-疲劳寿命计算也可借鉴.     

12Cr1MoV钢焊接接头蠕变、蠕变～疲劳交互作用裂纹开裂和扩展特性研究

结合火力发电设备大型锅炉集箱管座焊接接头破裂情况,本文重点研究了12Cr1 Mov钢母材、手工焊的焊缝、热影响区的蠕变、蠕变～疲劳交互作用下裂纹开裂和扩展特性,同时也测定了母材、焊缝和热影响区的蠕变断裂韧性值,用来评定焊接接头抗蠕变脆性特性的好坏.另外还研究了回火温度对12Cr 1 MoV钢母材,焊缝和热影响区裂纹开裂和扩展及蠕变断裂韧性影响,从改善焊接接头抗裂纹开裂和扩展能力新观点出发,来确定焊后最佳热处理。     

加载速率对3OCr1Mo1V汽轮机转子钢低周疲劳特性的影响

以30Cr1MolV汽轮机转子钢为研究材料,选取0.1%/s、0.3%/s和0.5%/s的加载速率,采用控制总应变的方法,在RDL 05电子蠕变疲劳试验机上研究了加载速率对材料低周疲劳特性的影响.同时,还提出在538℃下加载速率对30Cr1Mo1V汽轮机转子钢应力和低周疲劳寿命影响的关系式以及低周疲劳寿命与总应变幅值的关系式.结果表明:在538℃时,随着加载速率的提高,转子钢循环应力增大,低周疲劳寿命延长;在同一应变下,加载速率越大,所对应的应力幅值越大;随着应变幅值的增大,应力增大,低周疲劳寿命缩短.     

30Cr1Mo1V转子钢的蠕变特性

对30Cr1Mo1V转子钢在540℃和565℃下进行了有中断的蠕变试验研究，应力范围为240-320MPa，得到了蠕变过程中损伤因子和蠕变寿命分数之间的关系。通过蠕变试验后试样维氏硬度的检测和蠕变过程中硬度对蠕变断裂性能的影响分析，提出了蠕变断裂Larson-Miller公式的硬度修正公式，并对其有效性进行了检验。结果表明：在Larson-Miller参数值大于18000时，修正值与实际值比较一致；而在小于该值时相差较大。此外，还研究了损伤和Larson-Miller数之间的关系。     

锅炉高温部件寿命分析研究

本文总结了东方锅炉(集团)股份有限公司近十年在锅炉高温部件寿命分历研究方面开展的一系列研究工作，即结构的系统的应力分析，蠕变、疲劳及其交互作用的损伤机理，以及材料的高温性能的基础性研究工作，并制订了适合我国的实情的计算方法。该方法计算简便，具有较高的精度且在工程应用上偏于安全。     

新的蠕变-疲劳耦合损伤下活塞热-机疲劳寿命预测方法

建立了一种新的蠕变-疲劳非线性耦合损伤下铸铝合金材料热-机疲劳寿命预测模型,开展了铸铝合金材料力学性能与蠕变-疲劳试验测试,对寿命预测模型进行了验证.其次,对比活塞热-机耦合有限元计算结果与温度场测试结果,对有限元模型进行了验证.最后,用新的热-机疲劳寿命预测模型对活塞的热-机疲劳寿命进行了预测.结果表明：新的蠕变-疲劳寿命预测模型预测结果均位于2倍误差带内,该模型具备良好的寿命预测能力;活塞热-机蠕变-疲劳耦合损伤中蠕变损伤占比较大,约为53.9%;活塞热-机蠕变-疲劳耦合损伤关键区域位于活塞销座与加强肋连接处,活塞在热-机载荷耦合作用下的热-机疲劳循环寿命为4 290,满足可靠性要求.     

304型不锈钢蠕变-疲劳损伤预测和剩余寿命评定

前言最近几年来,火力发电厂延长寿命的紧迫问题是对用于高温、长时的结构材料的损伤预测和剩余寿命评定。高温服役的材料,不仅承受纯蠕变或纯疲劳损伤,而且还承受机械应力和热应力造成的更复杂的蠕变—疲劳交互作用损伤。由于蠕变或疲劳作用下断裂和变形具有不旧样式,所以在蠕变—疲劳交互作用下的剩余寿命及损伤的精确评定相当复杂。为了精确评定蠕变—疲劳损伤,设法使用一些有损和无损试验方法,然而至     

喷雾降温对燃气轮机涡轮叶片损伤的影响

建立了燃气轮机高温涡轮叶片损伤评估模型,包括热力学性能计算模型、应力评估模型、热评估模型和交互损伤分析模型,无法测量参数由热力学性能计算模型计算,作为应力评估模型和热评估模型的输入。根据蠕变与疲劳损伤模型分析结果,对进气道内使用喷雾冷却降温的燃气轮机高温涡轮叶片进行损伤评估,比较了燃气轮机在不同转速以及负荷下,使用喷雾冷却系统前后,高温涡轮叶片损伤的变化,定量评估喷水量对高温叶片寿命的改善。结果表明:启用喷雾冷却系统可以大幅减小因蠕变造成的叶片损伤,在低负荷(30%)时损伤减小的幅度尤为明显,其预期寿命从40 000 h延长到50 000 h以上,可以大幅延长叶片的使用寿命;在夏季运行时(53%负荷),如果以减少蠕变损伤为目标,可以考虑增加喷水量,从40%～100%,叶片各级蠕变损伤最高可减小13.5%。     

基于材料老化和蠕变疲劳交互作用汽轮机转子寿命预测

根据材料老化和蠕变-疲劳交互作用对致裂寿命的影响，建立了汽轮机转子寿命预测模型和预测方法，以N75MW汽轮机转子为对象进行了寿命损耗分析和预测，指出基于材料老化和蠕变疲劳交互作用，可以有效提高汽轮机转子寿命预测的精度。     

30Cr2MoV转子钢的常温低周疲劳的实验研究

在试验的基础上研究了 30 Cr2 Mo V钢在常温下的循环应力应变特性。得到了该材料的低周疲劳特性参数、循环应力 -应变曲线和具有 95 %置信度的不同存活率下的应变 -寿命曲线。图 9表 3参 4