【正文】 壓 應(yīng) 力壓 應(yīng) 力時(shí) 間時(shí) 間時(shí) 間斷 裂斷 裂斷 裂正 常 運(yùn) 行 時(shí) 保 持 的 拉 應(yīng) 力正 常 運(yùn) 行 時(shí) 保 持 的 拉 應(yīng) 力65 單純疲勞載荷下的裂紋擴(kuò)展數(shù)學(xué)模型 ? 大量的金屬疲勞裂紋擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)表明，裂紋擴(kuò)展數(shù)率與裂紋尖應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的控制參量（應(yīng)力強(qiáng)度因子波動(dòng)幅度 ?K）有關(guān) 。 Temperature region at which Creep must be considered Noncreep temperature region Creep rupture strength Shortterm tensile strength Temperature 破斷強(qiáng)度 Creep design of structural ponent 強(qiáng)度 隨時(shí)間溫度增加而降低 8 2023/3/29 蠕變的特征 2023/3/29 9 時(shí)間增加 強(qiáng)度下降 2023/3/29 10 Rupture stress 應(yīng)力準(zhǔn)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?nèi)? 溫度、應(yīng)力 /載荷、時(shí)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(yīng)力恒定 ? 應(yīng)變?nèi)A段：增加、穩(wěn)定、增加 ? 應(yīng)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(guó)工程師 LouisJoseph Vicat 最早報(bào)道了橋梁繩索蠕變超過(guò)彈性變形導(dǎo)致失效的現(xiàn)象 ?1910年，英國(guó)倫敦大學(xué) 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(qiáng)度低于短時(shí)拉伸強(qiáng)度的現(xiàn)象 ? Riedel教授于 1977年提出了蠕變條件下裂紋張開(kāi)與擴(kuò)展 Dugdale模型 ? Harper同年提出了 C*斷裂參量用于蠕變研究 ? 美國(guó)西屋公司最早編制汽輪機(jī)蠕變裂紋擴(kuò)展壽命評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 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?cái)嗔褑?wèn)題的研究 工程中的蠕變現(xiàn)象 2023/3/29 14 ? 完美結(jié)構(gòu)產(chǎn)品三要素：需體現(xiàn) 成本效率 、 安全 和 經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)的兩類(lèi)非正?，F(xiàn)象 Process of fracture Low pressure rotor Middle pressure rotor 美國(guó) TVA Gallatin電站轉(zhuǎn)子服役早期發(fā)生斷裂 美國(guó) Sabine 熱電廠(chǎng) 2號(hào)機(jī)組(1979)主蒸汽管道彎頭 5萬(wàn)小時(shí)蠕變破裂 1. 結(jié)構(gòu)早于設(shè)計(jì)壽命發(fā)生破壞 服役結(jié)構(gòu)的兩類(lèi)非正常現(xiàn)象 英國(guó) 1962年建造 Parsons 汽輪機(jī)組超過(guò)20萬(wàn)小時(shí)設(shè)計(jì)壽命 10余年，目前仍然安全服役 大慶石化總廠(chǎng)煉油廠(chǎng) F－ 401加氫反應(yīng)器 1966年投入運(yùn)行至今，超過(guò)了設(shè)計(jì)壽命 30余年 2. 結(jié)構(gòu)安全服役超過(guò)數(shù)倍的設(shè)計(jì)壽命 原因：材料？制造工藝？對(duì)蠕變問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足！ 新技術(shù)使得溫度壓力日益提升 涂善東，高溫結(jié)構(gòu)完整性原理，科學(xué)出版社， 2023 Tu ST, High Temperature Structural Integrity, Science Publisher, 2023 蠕變失效的宏微觀(guān)表現(xiàn) 蠕變失效宏觀(guān)形式 □ 魚(yú)骨狀含Nb 碳化物 骨架狀含 Cr 碳化物 新材料 使用 16萬(wàn)小時(shí) 航空發(fā)勱機(jī)葉片蠕變斷裂 2023/3/29 20 焊接結(jié)構(gòu)的蠕變 10萬(wàn)小時(shí)的焊縫蠕變強(qiáng)度削弱系數(shù) 不同材料，不同溫度，對(duì)應(yīng)不同壽命下，接頭的蠕變強(qiáng)度減弱 焊接結(jié)構(gòu)的蠕變斷裂特點(diǎn) 晶界為蠕變敏感區(qū)，低應(yīng)力破壞源于熱影響區(qū)的細(xì)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(qiáng)化鋼 912%Cr WSRF= 蠕變斷裂的復(fù)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(wù) ? 蠕變變形的本構(gòu)方程 ? 蠕變斷裂參量及裂紋擴(kuò)展預(yù)測(cè) 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(guò)程中的內(nèi)部變化 27 d12345??Grain elastic deformation Subgrain formation Grain boundary slip Grain plastic deformation 三種主要變形過(guò)程： 晶粒變形、晶界滑移、亞晶粒形成 蠕變變形的機(jī)理 28 位錯(cuò)蠕變 （ Dislocation creep）或 Power law creep 蠕變速率表達(dá)式 2ef fnbo bDGσTkGΩεε ??????? ??Deff ： Effective diffusion coefficie