【正文】 壓 應 力壓 應 力時 間時 間時 間斷 裂斷 裂斷 裂正 常 運 行 時 保 持 的 拉 應 力正 常 運 行 時 保 持 的 拉 應 力65 單純疲勞載荷下的裂紋擴展數(shù)學模型 ? 大量的金屬疲勞裂紋擴展實驗表明，裂紋擴展數(shù)率與裂紋尖應力應變場的控制參量（應力強度因子波動幅度 ?K）有關 。 Temperature region at which Creep must be considered Noncreep temperature region Creep rupture strength Shortterm tensile strength Temperature 破斷強度 Creep design of structural ponent 強度 隨時間溫度增加而降低 8 2023/3/29 蠕變的特征 2023/3/29 9 時間增加 強度下降 2023/3/29 10 Rupture stress 應力準則 Time Failure point σ0 σdes tdes 蠕變的特征 2023/3/29 11 發(fā)生蠕變的溫度 蠕變三要素 溫度、應力 /載荷、時間 蠕變現(xiàn)象三特征 failure tertiary creep d?/dt primary creep d?/dt Andrade law time strain secondary creep d?/dt=constant tf(?) stress time ? time d?/dt inelastic elastic, reversible ? 應力恒定 ? 應變三階段：增加、穩(wěn)定、增加 ? 應變速率三階段：減速、穩(wěn)定、增速 蠕變的特征 蠕變研究的歷史 2023/3/29 12 ?1830年，法國工程師 LouisJoseph Vicat 最早報道了橋梁繩索蠕變超過彈性變形導致失效的現(xiàn)象 ?1910年，英國倫敦大學 Edward Andrade 教授最早建議了描述金屬材料的粘性方程 ?1922年，英格蘭工程師 Dickenson 發(fā)現(xiàn)了高溫蠕變強度低于短時拉伸強度的現(xiàn)象 ? Riedel教授于 1977年提出了蠕變條件下裂紋張開與擴展 Dugdale模型 ? Harper同年提出了 C*斷裂參量用于蠕變研究 ? 美國西屋公司最早編制汽輪機蠕變裂紋擴展壽命評價標準 2023/3/29 13 蠕變研究的歷史 航空工業(yè)的發(fā)展出盡了高溫斷裂問題的研究 工程中的蠕變現(xiàn)象 2023/3/29 14 ? 完美結構產(chǎn)品三要素：需體現(xiàn) 成本效率 、 安全 和 經(jīng)濟壽命 的理想匹配 ￥B a s i c C o s t ,E f f i c i e n c yE c o n o m i c L i f e t i m eS a f e t yNILR產(chǎn)品三要素 服役結構的兩類非正常現(xiàn)象 Process of fracture Low pressure rotor Middle pressure rotor 美國 TVA Gallatin電站轉子服役早期發(fā)生斷裂 美國 Sabine 熱電廠 2號機組(1979)主蒸汽管道彎頭 5萬小時蠕變破裂 1. 結構早于設計壽命發(fā)生破壞 服役結構的兩類非正?，F(xiàn)象 英國 1962年建造 Parsons 汽輪機組超過20萬小時設計壽命 10余年，目前仍然安全服役 大慶石化總廠煉油廠 F－ 401加氫反應器 1966年投入運行至今，超過了設計壽命 30余年 2. 結構安全服役超過數(shù)倍的設計壽命 原因：材料？制造工藝？對蠕變問題認識不足！ 新技術使得溫度壓力日益提升 涂善東，高溫結構完整性原理，科學出版社， 2023 Tu ST, High Temperature Structural Integrity, Science Publisher, 2023 蠕變失效的宏微觀表現(xiàn) 蠕變失效宏觀形式 □ 魚骨狀含Nb 碳化物 骨架狀含 Cr 碳化物 新材料 使用 16萬小時 航空發(fā)勱機葉片蠕變斷裂 2023/3/29 20 焊接結構的蠕變 10萬小時的焊縫蠕變強度削弱系數(shù) 不同材料，不同溫度，對應不同壽命下，接頭的蠕變強度減弱 焊接結構的蠕變斷裂特點 晶界為蠕變敏感區(qū)，低應力破壞源于熱影響區(qū)的細晶粒區(qū) Schubert J., A. Klenk and K. Maile. Int Conf Creep Fracture in High Temperature Components, ECCC), 2023 傳統(tǒng)的低合金鐵素體鋼 WSRF= 蠕變強化鋼 912%Cr WSRF= 蠕變斷裂的復雜性 2023/3/29 23 蠕變變形及損傷理論 2023/3/29 24 蠕變研究的仸務 ? 蠕變變形的本構方程 ? 蠕變斷裂參量及裂紋擴展預測 2023/3/29 25 蠕變變形的描述方程 26 nB ?? ?? ? ???sinhA?? ? ???? expD? ? ?? ? ? ?? ?1expexp14321 ????? tt ????? mnc DK)1( ?????qpDAD)1( ???Norton， 1929 McVetty， 1943 Dorn， 1955 Evans et al， 1985 ?投影法 KachanovRabotnov，蠕變損傷， 1968 蠕變過程中的內部變化 27 d12345??Grain elastic deformation Subgrain formation Grain boundary slip Grain plastic deformation 三種主要變形過程： 晶粒變形、晶界滑移、亞晶粒形成 蠕變變形的機理 28 位錯蠕變 （ Dislocation creep）或 Power law creep 蠕變速率表達式 2ef fnbo bDGσTkGΩεε ??????? ??Deff ： Effective diffusion coefficie