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复杂应力状态下20g材料热机械疲劳总寿命评价

陈雪松  
【摘要】:现代工业正在向着高速、高温、高压的方向发展,疲劳问题严重威胁着现代工业设 备的安全。据统计,在各类零部件的断裂失效中,约有80%是疲劳破坏引起的,由于 这些设备长期处于恶劣的操作环境,特别是焦碳塔等石化行业的重要生产设备,在从常 温到480℃左右的周期交变温度环境下操作,同时承受气压和水压等循环载荷,容易在 焊缝等部位出现强度失效,造成人员伤亡和经济损失。 在部件的高温疲劳损伤研究中,最为复杂的课题之一是复杂应力状态的热机械疲劳 问题,上述的损伤即属于此类问题,它涉及到高应变循环载荷、温度循环载荷、蠕变载 荷和环境效应等多种因素。目前对这个复杂过程的机制还没有一个完整性的认识,对它 的物理和力学模型的讨论也未能有一个统一的定论。所以对热机械疲劳问题的研究具有 巨大的理论和工程实际意义。 本文通过对焦碳塔常用材料20g进行热机械疲劳总寿命试验,比较了不同缺口形 式、不同应变幅、不同应变速率、不同保载时间对热机械疲劳总寿命的影响;应用有限 元分析软件对不同试件进行试验条件下的应力应变计算,找出危险部位,通过对危险部 位的试验结果、计算数据进行分析,探讨能表征试件热机械疲劳总寿命的参量,并建立 用该参量表征热机械疲劳总寿命的经验公式。 以往的总寿命表征公式主要依据应变幅的影响,对应变速率的影响因素很少考虑, 而应变速率往往对疲劳总寿命有较大影响,本文在最后对同时应用应变幅和应变速率来 表征热机械疲劳总寿命的方法进行探讨,得出相应的经验公式,来表征该20g材料试件 在该试验条件下的热机械疲劳总寿命,为进一步研究20g材料的热机械疲劳问题打下基 础。


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