CN108733861B - 塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法 - Google Patents

塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108733861B
CN108733861B CN201710271285.6A CN201710271285A CN108733861B CN 108733861 B CN108733861 B CN 108733861B CN 201710271285 A CN201710271285 A CN 201710271285A CN 108733861 B CN108733861 B CN 108733861B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stress
creep
residual stress
plastic
under
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710271285.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108733861A (zh
Inventor
徐连勇
邬栋权
荆洪阳
韩永典
赵雷
吕小青
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201710271285.6A priority Critical patent/CN108733861B/zh
Publication of CN108733861A publication Critical patent/CN108733861A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108733861B publication Critical patent/CN108733861B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/28—Investigating ductility, e.g. suitability of sheet metal for deep-drawing or spinning
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0017—Tensile
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/006—Crack, flaws, fracture or rupture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0058—Kind of property studied
    • G01N2203/0069—Fatigue, creep, strain-stress relations or elastic constants
    • G01N2203/0071—Creep
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G01N2203/0226—High temperature; Heating means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2111/00—Details relating to CAD techniques
    • G06F2111/10—Numerical modelling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法，在Davies工作的基础上，提出了考虑残余应力的蠕变孕育期预测模型。利用参考应力法，引入了弹性追随因子Z计算考虑残余应力的蠕变孕育期。使用紧凑拉伸试样(CT)通过预压缩产生残余应力，并施加主载荷进行蠕变实验。本发明的有益效果是：本设计方法能够将原有的预测模型扩展到含残余应力的模型中，从而提出一种简化的塑性条件下蠕变孕育期预测方法，因此能够在结构中简洁有效的预测出塑性条件下蠕变孕育期。

Description

塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法
技术领域
本发明涉及含残余应力高温结构在塑性条件下的蠕变孕育期工程临界评价，就是确定当结构中存在表面裂纹且处在塑性应力条件下时，评价此高温结构的蠕变裂纹萌生寿命。
背景技术
燃煤为主的能源结构是我国雾霾天气的主要成因之一，而燃煤发电是我国目前最主要的发电方式，该趋势将长期存在。因此，除了改变能源结构，发展高效洁净的超超临界(USC) 机组是节能减排的重要途径之一。然而，蒸汽温度和压力等参数的提高导致机组关键高温管道的服役环境非常恶劣，特别是管道中存在裂纹、未焊透、焊接气孔和夹渣等各种缺陷，严重威胁机组的安全运行，需要对其进行科学精确的寿命评估。
几十年来，对于高温下含裂纹构件，国外发展了多种高温蠕变寿命的评定规范和方法。蠕变孕育期是蠕变过程中经历时间最长的阶段，孕育期的准确预测对于高温结构的蠕变寿命预测具有重要意义；Davies等人基于韧性耗散模型提出的孕育期预测模型，考虑了蠕变过程应力变化的完整性，但是结构的残余应力对孕育期的影响并未得到研究；残余应力广泛的存在于加工制造的高温部件中，并且对部件的服役寿命造成了重大影响。大量针对于高温蠕变情况下残余应力(残余应力)的研究也广泛展开。因此建立考虑残余应力的蠕变孕育期预测模型，可以更加准确完整地评估复合加载结构的蠕变孕育期。
发明内容
本发明在Davies工作的基础上，提出了考虑残余应力的蠕变孕育期预测模型。利用参考应力 法，引入了弹性追随因子Z计算考虑残余应力的蠕变孕育期。使用紧凑拉伸试样(CT) 通过预压缩产生残余应力，并施加主载荷进行蠕变实验。
为实现本发明的目的所采用的技术方案是：
本发明的塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法，包括以下步骤：
S1：建立模型：所述模型包括CT试样本体，所述CT试样本体的中部前端设有槽，槽的后部设有缺口，CT试样本体上还设有上主载荷销孔、下主载荷销孔，上主载荷销孔、下主载荷销孔上下对应设置，分别设置在槽的上下两端；
S2:首先利用上圆销、下圆销对CT试样本体的上下两端进行预定大小的压缩加载，然后释放上圆销、下圆销，会在CT试样本体的缺口附近产生残余应力分布；
S3:在含有残余应力的缺口处***预制裂纹，以进行蠕变试验；
S4:利用销子在上主载荷销孔、下主载荷销孔施加主载荷，进行高温蠕变试验；
S5：通过蠕变有限元模拟可以获得计算含残余应力CT试样孕育期所需要的必要参数，在塑性条件下，计算孕育期主要包括以下步骤：
(1)首先计算复合加载下的应力强度因子，其计算公式为：
Figure GDA0002230278860000021
(Ⅰ)中：
Figure GDA0002230278860000022
Figure GDA0002230278860000023
其中：KI S是模拟计算的只含有残余应力下的应力强度因子，单位为MPa·(m1/2)；KI P是主载荷应力强度因子，单位为MPa·(m1/2)；P是主载荷，单位为N；B是试样厚度，单位为mm，Bn是试样净厚度，单位为mm；a/W是预制裂纹长度比率，a是预制裂纹长度，采用上主载荷销孔圆心到预制裂纹后端的水平直线距离，单位为mm；W是名义试样宽度，采用上主载荷销孔圆心到CT试样本体后端的水平直线距离，单位为mm；f(a/W)是CT试样几何系数，只与a/W有关；V是无量纲的塑性相关项，计算如下：
Figure GDA0002230278860000024
(Ⅱ)中:V0是无量纲参量，
Figure GDA0002230278860000025
其中：KJ S是塑性残余应力强度因子，单位为MPa·(m1/2)；KI S是模拟计算的只含有残余应力下的应力强度因子，单位为MPa·(m1/2)，KJ S利用JS计算，JS是残余应力场下断裂参量，单位为MPa·m；
Figure GDA0002230278860000026
其中：E′是有效弹性模量：E'＝E/(1-ν2)，E是弹性模量，ν是泊松比，E、ν参见文献：(Zhao L,Jing H,Xu L,Han Y,Xiu J.Evaluation of constraint effects on creepcrack growth by experimental investigation and numerical simulation.EngngFract Mech 2012；96:251–66.)，KI S和JS都利用有限元模拟结果提取；
(Ⅱ)中:Lr是无量纲参量，描述主载荷幅度：
Figure GDA0002230278860000027
其中：σy是屈服强度，与材料属性有关，单位为MPa，参见文献：(Zhao L,Jing H,XuL,Han Y,Xiu J.Evaluation of constraint effects on creep crack growth byexperimental investigation and numerical simulation.Engng Fract Mech 2012；96:251–66.)；
Figure GDA0002230278860000028
是主载荷参考应力，单位为MPa，用下式计算：
Figure GDA0002230278860000031
其中：nL为无量纲裂纹深宽比参数，通过下式计算:
Figure GDA0002230278860000032
常数
Figure GDA0002230278860000033
(Ⅱ)中:
Figure GDA0002230278860000034
KI P是弹性主载荷应力强度因子，KJ P是塑性主载荷应力强度因子，单位为MPa·(m1 /2)； KJ P利用有限元模拟结果计算：
(Ⅱ)中:β描述残余应力的幅度，是无量纲参量；
Figure GDA0002230278860000035
Figure GDA0002230278860000036
是二次载荷参考应力，利用有限元模拟计算，
(Ⅱ)中:Z为无量纲的弹性追随因子，从有限元模拟结果中提取出应力应变关系，取等效蠕变应变增量
Figure GDA0002230278860000037
与等效弹性应变增量
Figure GDA0002230278860000038
的比值：
Figure GDA0002230278860000039
(2)计算塑性复合应力场下J积分数值，其计算公式为：
Figure GDA00022302788600000310
其中：KI是复合应力强度因子，E′是有效弹性模量：E'＝E/(1-ν2)，ν是泊松比，E是弹性模量，ν是泊松比，E和ν二者均参见文献：(Zhao L,Jing H,Xu L,Han Y,XiuJ.Evaluation of constraint effects on creep crack growth by experimentalinvestigation and numerical simulation.Engng Fract Mech 2012；96:251–66.)；
(3)然后计算塑性应力场下孕育期时间ti HRR，其计算公式为：
Figure GDA00022302788600000311
(Ⅲ)中：εcrit是单轴蠕变韧性，与材料属性有关，单位为1，
Figure GDA00022302788600000312
是蠕变应变变化率，与材料高温蠕变属性有关，εcrit和
Figure GDA00022302788600000313
参见文献：(Zhao L,Jing H,Xu L,Han Y,XiuJ.Evaluation of constraint effects on creep crack growth by experimentalinvestigation and numerical simulation.Engng Fract Mech 2012；96:251–66.)，σP0是标准化应力，单位为MPa，εP0是标准化应变，单位为1，α为应***化系数，N为应***化指数，σP0、εP0、α和N参见文献：(Zhao L,Xu L,Han Y,Jing H.Two-parameter characterizationof constraint effect induced by specimen size on creep crack growth.EngngFract Mech 2012；96:251–66.)。IN是与N有关的无量纲函数,
Figure GDA0002230278860000041
是与θ和N有关的无量纲函数，具体值可以查阅文献得到：(Shih,C.F..1983.Tables of Hutchinson-Rice-Rosengren Singular Field Quantities.Brown University Technical Report,MRL E-147.)
(Ⅲ)中：d(mm)是判定蠕变萌生发生时裂尖前蠕变损伤达到1所延伸的距离，即蠕变萌生发生的临界距离。
(Ⅲ)中：MSFHRR为塑性条件下多轴应力因子，根据Cocks and Ashby关系式计算：
Figure GDA0002230278860000046
n为无量纲的蠕变应力硬化指数，sinh是双曲正弦函数，hHRR为塑性应力三轴度，在塑性应力状态下：
Figure GDA0002230278860000042
其中：θ是裂纹尖端角度，N是无量纲的应力硬化指数，
Figure GDA0002230278860000043
和
Figure GDA0002230278860000044
是与θ和N有关的无量纲函数，具体值可以查阅文献得到：(Shih,C.F..1983.Tables of Hutchinson-Rice-Rosengren Singular Field Quantities.Brown University Technical Report,MRL E-147.)。
优选的，d取所研究材料的晶粒尺寸。
优选的，Bn＝B。
优选的，所述有限元模拟采用ABAQUS6.14进行计算模拟，
Figure GDA0002230278860000047
KI S、JS、KJ P、Z的提取过程包括以下步骤：
(5)首先建立预压缩加载的CT试样的有限元模型，在材料属性模块里设置弹性塑性参数，在载荷模块里设置压缩载荷，以及拘束条件：包括对称条件和固定条件。在接触模块里设置压缩圆销与试样上下表面的的刚性接触，在分析步模块里设置好输出参量：应力值，在网格模块划分网格；
(6)在作业模块提交任务计算，获得残余应力的计算结果，结果文件中，从场变量中可以直接提取二次载荷参考应力
Figure GDA0002230278860000045
(7)建立相同尺寸的试样模型，进行主载荷拉伸试验，在材料属性模块里设置高温下的弹性塑性蠕变参数，在网格模块划分网格，在接触模块里设置拉伸销子与销孔的刚性接触，并在模型中***预制裂纹，在分析步模块里设置好输出参量：应力应变值、应力强度因子K 值、断裂参量J积分值，在载荷模块里设置拉伸载荷，以及拘束条件：包括对称条件和固定条件，在预加载应力场中导入上步算好的残余应力；
(8)在作业模块提交任务计算，获得含有残余应力的蠕变拉伸实验计算结果，结果文件中，在***裂纹后还未施加拉伸载荷时刻，从历史变量中可以获取模拟计算的只含有残余应力下的应力强度因子KI S以及残余应力断裂参量JS，在施加拉伸载荷的初始时刻，可以获取弹性主载荷应力强度因子KJ P，从历史变量中可以获取等效应力随总应变增量的变化曲线，从曲线中得到等效蠕变应变增量，
Figure GDA0002230278860000051
等效弹性应变增量
Figure GDA0002230278860000052
进而得到弹性追随因子Z。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了修正的塑性条件下蠕变孕育期预测模型，与现有模型相比，本设计方法能够将原有的预测模型扩展到含残余应力的模型中，从而提出一种简化的塑性条件下蠕变孕育期预测方法，因此能够在结构中简洁有效的预测出塑性条件下蠕变孕育期。
附图说明
图1紧凑拉伸试样(CT)预压缩示意图；
图2蠕变裂纹萌生临界条件示意图；
图3应力应变关系曲线。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本实施例选取P92高温耐热钢，以B＝20mm，W＝40mm，a/W＝0.5的CT试样作为研究对象，以预加载为12000N和主载荷P＝12000N作为研究载荷。其主要材料属性见下表：
Figure GDA0002230278860000053
其中：E-16为10的-16次方。
本发明的塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法，包括以下步骤：
S1：建立如图1所示的模型：所述模型包括CT试样本体2，所述CT试样本体2的中部前端设有槽4，槽4的后部设有缺口5，CT试样本体1上还设有上主载荷销孔3、下主载荷销孔7，上主载荷销孔3、下主载荷销孔7上下对应设置，分别设置在槽4的上下两端；
S2:首先利用上圆销1、下圆销8对CT试样本体2进行预定大小的压缩加载，然后释放上圆销1、下圆销8，会在CT试样本体2的缺口5附近产生一定的残余应力分布；
S3:在含有残余应力的缺口处***预制裂纹6，槽4、缺口5、预制裂纹6在同一平面上，以进行蠕变试验；
S4:利用销子在上主载荷销孔3、下主载荷销孔7施加主载荷，进行高温蠕变试验；
S5：通过蠕变有限元模拟可以获得计算含残余应力CT试样本体2孕育期所需要的必要参数。在塑性条件下，计算孕育期主要包括以下步骤：
(1)首先计算各个参量：
(a)弹性主载荷强度因子:
Figure GDA0002230278860000061
Figure GDA0002230278860000062
通过有限元结果提取以下几个数据：
i)首先按照尺寸，建立预压缩加载的CT试样的有限元模型。在材料属性模块里设置弹性塑性参数。在载荷模块里设置压缩载荷，以及拘束条件，所述拘束条件包括对称条件和固定条件，在接触模块里设置压缩圆销与试样上下表面的的刚性接触，在分析步模块里设置好输出参量：应力值，在网格模块划分网格；
ⅱ)在作业模块提交任务计算，获得残余应力的计算结果。结果文件中，从场变量中可以直接提取二次载荷参考应力
Figure GDA0002230278860000063
iii)建立相同尺寸的试样模型，进行主载荷拉伸试验，可参见图1。在材料属性模块里设置高温下的弹性塑性蠕变参数，在网格模块划分网格，在接触模块里设置拉伸销子与销孔的刚性接触，并在模型中***预制裂纹，在分析步模块里设置好输出参量：应力值，应力强度因子K值，断裂参量J积分值，在载荷模块里设置拉伸载荷，以及拘束条件：包括对称条件和固定条件，在预加载应力场中导入上步算好的残余应力；
ⅳ)在作业模块提交任务计算，获得含有残余应力的蠕变拉伸实验计算结果，结果文件中，在***裂纹后还未施加拉伸载荷时刻，从历史变量中可以获取弹性残余应力强度因子 KI S＝31.96809MPa·(m1/2)以及残余应力断裂参量JS＝0.013MPa·m，可以计算得塑性残余应力强度因子：
Figure GDA0002230278860000064
在施加拉伸载荷的初始时刻，可以获取塑性主载荷强度因子
Figure GDA0002230278860000065
从历史变量中可以获取等效应力随总应变增量的变化曲线，如图3所示，从曲线中得到等效蠕变应变增量
Figure GDA0002230278860000066
等效弹性应变增量
Figure GDA0002230278860000067
进而得到弹性追随因子Z计算方法。
(b)主载荷参考应力：
Figure GDA0002230278860000071
Figure GDA0002230278860000072
(c)主载荷幅度:
Figure GDA0002230278860000073
Figure GDA0002230278860000074
(d)残余应力参考应力：
Figure GDA0002230278860000075
残余应力的幅度:
Figure GDA0002230278860000076
(e)弹性追随因子：
Figure GDA0002230278860000077
Figure GDA0002230278860000078
Figure GDA0002230278860000079
(f)塑性相关项：
Figure GDA00022302788600000710
Figure GDA00022302788600000711
(2)所以，复合加载下的应力强度因子
Figure GDA00022302788600000712
复合加载下的J积分值：
Figure GDA00022302788600000713
(3)然后计算塑性应力场下发生的萌生：
(a)查表得：
Figure GDA00022302788600000714
IN＝4.49，P92钢的材料参数n＝5.23，εcrit＝0.2； N＝11,
应力三轴度：
Figure GDA00022302788600000715
多轴应力因子：
Figure GDA0002230278860000081
d(mm)是判定蠕变萌生发生时裂尖前蠕变损伤达到1所延伸的距离，即蠕变萌生发生的临界距离，一般取所研究材料的晶粒尺寸，如图2所示。
塑性条件下孕育期：
Figure GDA0002230278860000082
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法，包括以下步骤：
S1：建立模型：所述模型包括CT试样本体，所述CT试样本体的中部前端设有槽，槽的后部设有缺口，CT试样本体上还设有上主载荷销孔、下主载荷销孔，上主载荷销孔、下主载荷销孔上下对应设置，分别设置在槽的上下两端；
S2:首先利用上圆销、下圆销对CT试样本体的上下两端进行预定大小的压缩加载，然后释放上圆销、下圆销，会在CT试样本体的缺口附近产生残余应力分布；
S3:在含有残余应力的缺口处***预制裂纹，以进行蠕变试验；
S4:利用销子在上主载荷销孔、下主载荷销孔施加主载荷，进行高温蠕变试验；
S5：通过蠕变有限元模拟可以获得计算含残余应力CT试样孕育期所需要的必要参数，在塑性条件下，计算孕育期主要包括以下步骤：
(1)首先计算复合加载下的应力强度因子，其计算公式为：
Figure FDA0002230278850000011
(Ⅰ)中：
Figure FDA0002230278850000012
Figure FDA0002230278850000013
其中：
Figure FDA00022302788500000110
是模拟计算的只含有残余应力下的应力强度因子，单位为MPa·(m1/2)；
Figure FDA0002230278850000014
是主载荷应力强度因子，单位为MPa·(m1/2)；P是主载荷，单位为N；B是试样厚度，单位为mm，Bn是试样净厚度，单位为mm；a/W是预制裂纹长度比率，a是预制裂纹长度，采用上主载荷销孔圆心到预制裂纹后端的水平直线距离，单位为mm；W是名义试样宽度，采用上主载荷销孔圆心到CT试样本体后端的水平直线距离，单位为mm；f(a/W)是CT试样几何系数，只与a/W有关；V是无量纲的塑性相关项，计算如下：
Figure FDA0002230278850000015
(Ⅱ)中:V0是无量纲参量，
Figure FDA0002230278850000016
其中：
Figure FDA0002230278850000017
是塑性残余应力强度因子，单位为MPa·(m1/2)；
Figure FDA0002230278850000018
是模拟计算的只含有残余应力下的应力强度因子，单位为MPa·(m1/2)，
Figure FDA00022302788500000111
利用JS计算，JS是残余应力场下断裂参量，单位为MPa·m；
Figure FDA0002230278850000019
其中：E′是有效弹性模量：E'＝E/(1-ν2)，E是弹性模量，ν是泊松比，
Figure FDA0002230278850000021
和JS都利用有限元模拟结果提取；
(Ⅱ)中:Lr是无量纲参量，描述主载荷幅度：
Figure FDA0002230278850000022
其中：σy是屈服强度，与材料属性有关，单位为MPa，
Figure FDA0002230278850000023
是主载荷参考应力，单位为MPa，用下式计算：
Figure FDA0002230278850000024
其中：nL为无量纲裂纹深宽比参数，通过下式计算:
Figure FDA0002230278850000025
常数
Figure FDA0002230278850000026
(Ⅱ)中:
Figure FDA0002230278850000027
Figure FDA0002230278850000028
是弹性主载荷应力强度因子，
Figure FDA0002230278850000029
是塑性主载荷应力强度因子，单位为MPa·(m1/2)；
Figure FDA00022302788500000210
利用有限元模拟结果计算：
(Ⅱ)中:β描述残余应力的幅度，是无量纲参量；
Figure FDA00022302788500000211
Figure FDA00022302788500000212
是二次载荷参考应力，利用有限元模拟计算，
(Ⅱ)中:Z为无量纲的弹性追随因子，从有限元模拟结果中提取出应力应变关系，取等效蠕变应变增量
Figure FDA00022302788500000213
与等效弹性应变增量
Figure FDA00022302788500000214
的比值：
Figure FDA00022302788500000215
(2)计算塑性复合应力场下J积分数值，其计算公式为：
Figure FDA00022302788500000216
其中：KI是复合应力强度因子，E′是有效弹性模量：E'＝E/(1-ν2)；
(3)然后计算塑性应力场下孕育期时间ti HRR，其计算公式为：
Figure FDA0002230278850000031
(Ⅲ)中：εcrit是单轴蠕变韧性，与材料属性有关，单位为1，
Figure FDA0002230278850000032
是蠕变应变变化率，单位是h-1，与材料高温蠕变属性有关，σP0是标准化应力，单位为MPa，εP0是标准化应变，单位为1，α为应***化系数，N为应***化指数，IN是与N有关的无量纲函数,
Figure FDA0002230278850000033
是与θ和N有关的无量纲函数；
(Ⅲ)中：d是判定蠕变萌生发生时裂尖前蠕变损伤达到1所延伸的距离，即蠕变萌生发生的临界距离，单位为mm；
(Ⅲ)中：MSFHRR为塑性条件下多轴应力因子，根据Cocks and Ashby关系式计算：
Figure FDA0002230278850000034
n为无量纲的蠕变应力硬化指数，sinh是双曲正弦函数，hHRR为塑性应力三轴度，在塑性应力状态下：
Figure FDA0002230278850000035
其中：θ是裂纹尖端角度，N是无量纲的应力硬化指数，
Figure FDA0002230278850000036
和
Figure FDA0002230278850000037
是与θ和N有关的无量纲函数。
2.如权利要求1所述的塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法，其特征在于：d取所研究材料的晶粒尺寸。
3.如权利要求1所述的塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法，其特征在于：Bn＝B。
4.如权利要求1所述的塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法，其特征在于：所述有限元模拟采用ABAQUS6.14进行计算模拟，
Figure FDA0002230278850000038
JS、
Figure FDA0002230278850000039
Z的提取过程包括以下步骤：
(1)首先建立预压缩加载的CT试样的有限元模型，在材料属性模块里设置弹性塑性参数，在载荷模块里设置压缩载荷，以及拘束条件：包括对称条件和固定条件，在接触模块里设置压缩圆销与试样上下表面的的刚性接触，在分析步模块里设置好输出参量：应力值，在网格模块划分网格；
(2)在作业模块提交任务计算，获得残余应力的计算结果，结果文件中，从场变量中可以直接提取二次载荷参考应力
Figure FDA0002230278850000041
(3)建立相同尺寸的试样模型，进行主载荷拉伸试验，在材料属性模块里设置高温下的弹性塑性蠕变参数，在网格模块划分网格，在接触模块里设置拉伸销子与销孔的刚性接触，并在模型中***预制裂纹，在分析步模块里设置好输出参量：应力应变值、应力强度因子K值、断裂参量J积分值，在载荷模块里设置拉伸载荷，以及拘束条件：包括对称条件和固定条件，在预加载应力场中导入上步算好的残余应力；
(4)在作业模块提交任务计算，获得含有残余应力的蠕变拉伸实验计算结果，结果文件中，在***裂纹后还未施加拉伸载荷时刻，从历史变量中可以获取模拟计算的只含有残余应力下的应力强度因子
Figure FDA0002230278850000042
以及残余应力断裂参量JS，在施加拉伸载荷的初始时刻，可以获取弹性主载荷应力强度因子
Figure FDA0002230278850000043
从历史变量中可以获取等效应力随总应变增量的变化曲线，从曲线中得到等效蠕变应变增量
Figure FDA0002230278850000044
等效弹性应变增量
Figure FDA0002230278850000045
进而得到弹性追随因子Z。
CN201710271285.6A 2017-04-24 2017-04-24 塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法 Active CN108733861B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710271285.6A CN108733861B (zh) 2017-04-24 2017-04-24 塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710271285.6A CN108733861B (zh) 2017-04-24 2017-04-24 塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108733861A CN108733861A (zh) 2018-11-02
CN108733861B true CN108733861B (zh) 2020-03-27

Family

ID=63934001

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710271285.6A Active CN108733861B (zh) 2017-04-24 2017-04-24 塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108733861B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112858061B (zh) * 2021-01-18 2023-05-02 天津大学 一种基于仪器化压痕试验的材料微区多相组织力学性能表征的方法
CN114943121B (zh) * 2022-04-12 2024-02-23 西北工业大学 一种引入残余应力的摩擦组焊增材件蠕变孕育期预测方法

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101379381A (zh) * 2006-02-01 2009-03-04 新日本制铁株式会社 断裂预测方法
CN103217346A (zh) * 2013-04-01 2013-07-24 北京航空航天大学 一种测量材料高温蠕变裂纹扩展门槛值的方法
CN103323343A (zh) * 2013-06-17 2013-09-25 四川大学 聚合物材料蠕变失效寿命的判定方法及预测方法
WO2014155558A1 (ja) * 2013-03-27 2014-10-02 中国電力株式会社 加熱及び加圧により劣化した製品のクリープ余寿命の予測方法、及び、この予測方法に用いる検量線作成方法
JP5851197B2 (ja) * 2011-10-25 2016-02-03 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 金属材料の応力腐食割れ発生寿命評価方法及び腐食水環境下で使用される構造物の検査計画策定システム
CN105806715A (zh) * 2016-03-10 2016-07-27 大连理工大学 一种高温蠕变变形预测方法
CN105842087A (zh) * 2016-03-03 2016-08-10 安阳工学院 高温应力松弛数据转换为蠕变数据的设计预测方法
CN106529017A (zh) * 2016-11-08 2017-03-22 华南理工大学 一种高铬钢构件高温蠕变变形预测与蠕变损伤分析方法
CN106557630A (zh) * 2016-11-21 2017-04-05 中国石油大学(华东) 一种材料在多轴应力状态下的蠕变‑损伤寿命预测方法
CN106568655A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 沈阳工业大学 一种预测耐热合金蠕变寿命的方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101379381A (zh) * 2006-02-01 2009-03-04 新日本制铁株式会社 断裂预测方法
JP5851197B2 (ja) * 2011-10-25 2016-02-03 日立Ｇｅニュークリア・エナジー株式会社 金属材料の応力腐食割れ発生寿命評価方法及び腐食水環境下で使用される構造物の検査計画策定システム
WO2014155558A1 (ja) * 2013-03-27 2014-10-02 中国電力株式会社 加熱及び加圧により劣化した製品のクリープ余寿命の予測方法、及び、この予測方法に用いる検量線作成方法
CN103217346A (zh) * 2013-04-01 2013-07-24 北京航空航天大学 一种测量材料高温蠕变裂纹扩展门槛值的方法
CN103323343A (zh) * 2013-06-17 2013-09-25 四川大学 聚合物材料蠕变失效寿命的判定方法及预测方法
CN105842087A (zh) * 2016-03-03 2016-08-10 安阳工学院 高温应力松弛数据转换为蠕变数据的设计预测方法
CN105806715A (zh) * 2016-03-10 2016-07-27 大连理工大学 一种高温蠕变变形预测方法
CN106568655A (zh) * 2016-10-28 2017-04-19 沈阳工业大学 一种预测耐热合金蠕变寿命的方法
CN106529017A (zh) * 2016-11-08 2017-03-22 华南理工大学 一种高铬钢构件高温蠕变变形预测与蠕变损伤分析方法
CN106557630A (zh) * 2016-11-21 2017-04-05 中国石油大学(华东) 一种材料在多轴应力状态下的蠕变‑损伤寿命预测方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
《Evaluation of constraint effects on creep crack growth by experimental investigation and numerical simulation》;Zhao L;《Engineering Fracture Mechanics》;20121231;全文 *
《焊后热处理对P92钢管道焊接残余应力场的影响》;徐连勇;《焊接学报》;20100331;第31卷(第3期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108733861A (zh) 2018-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ai et al. Probabilistic modelling of notch fatigue and size effect of components using highly stressed volume approach
Li et al. Probabilistic fatigue modelling of metallic materials under notch and size effect using the weakest link theory
Wang et al. Effect of constraint induced by crack depth on creep crack-tip stress field in CT specimens
Martínez-Pañeda et al. Fracture toughness characterization through notched small punch test specimens
Peng et al. A new method based on energy principle to predict uniaxial stress–strain relations of ductile materials by small punch testing
Hurst et al. Determination of fracture toughness from the small punch test using circular notched specimens
Chen et al. Effects of residual stress on creep damage and crack initiation in notched CT specimens of a Cr–Mo–V steel
CN108733861B (zh) 塑性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法
Duan et al. Research on damage evolution and damage model of 316LN steel during forging
CN108733860B (zh) 塑性瞬态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法
García et al. Development of a new methodology for estimating the CTOD of structural steels using the small punch test
CN108732032B (zh) 稳态蠕变条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法
Wang et al. Study on deformation mechanism of Ti-2Al-2.5 Zr alloy tube in the flattening test
CN108732034B (zh) 弹性瞬态蠕变条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法
CN108732029B (zh) 弹性条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法
CN108731989B (zh) 塑性瞬态蠕变条件下含残余应力的蠕变孕育期预测方法
CN109932251B (zh) 塑性条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法
CN109933820B (zh) 弹性条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法
CN109932242B (zh) 稳态蠕变条件下考虑与载荷无关的拘束参量的蠕变孕育期预测方法
CN109933816B (zh) 弹性瞬态蠕变条件下耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测方法
CN108733862B (zh) 稳态蠕变条件下考虑拘束效应的蠕变孕育期预测方法
Kim et al. Finite element analysis of the onset of necking and the post-necking behaviour during uniaxial tensile testing
CN109932241B (zh) 塑性条件下耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测方法
CN109933815B (zh) 稳态蠕变条件下耦合残余应力和拘束效应的蠕变孕育期预测方法
Zheng et al. Application of unified constraint-dependent Master Curve in fracture assessment of cracked pressure vessels

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: 300452 Binhai Industrial Research Institute Campus of Tianjin University, No. 48 Jialingjiang Road, Binhai New Area, Tianjin

Patentee after: Tianjin University

Address before: 300072 Tianjin City, Nankai District Wei Jin Road No. 92

Patentee before: Tianjin University

CP02 Change in the address of a patent holder