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新型马氏体耐热钢耦合控制下蠕变-疲劳循环变形研究

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机械工程学报 2024年

作者：赵雷张利宾宋恺徐连勇韩永典郝康达天津大学材料科学与工程学院天津市现代连接技术重点实验室

蠕变疲劳相互作用(Creep fatigue interaction, CFI)是制约电力和航空等领域高温部件可靠运行的主要因素。采用应变控制(Conventional strain-controlled creep fatigue interaction, CCFI)和应力-应变混合控制(Hybrid stress-strain controlled creep fatigue interaction,HCFI)两种耦合控制模式研究新型马氏体耐热钢的蠕变-疲劳性能，对比了两种模式下的蠕变损伤累积规律和微观损伤机制，分析了总应变范围、保载时间、和保载应力对新型马氏体耐热钢蠕变-疲劳性能的影响。结果表明，CCFI和HCFI的断裂寿命随总应变范围增大而降低。此外增大保载应力以及保载时间会降低HCFI寿命。当HCFI中保载应力或保载时间增加时，单个循环所累计的蠕变损伤会显著增加，这说明HCFI试验更适合表征蠕变损伤主导的CFI。针对两种控制模式下的蠕变-疲劳寿命预测，讨论了寿命分数法(Time fraction, TF)、延性耗散法(Ductility exhaustion, DE)以及修正的应变能密度耗散法(Modified strain energy density exhaustion, MSEDE)的预测精度。结果表明，修正的应变能密度耗散法由于考虑了平均应力对蠕变-疲劳的影响，可以更好的表征蠕变疲劳中的蠕变损伤。对于HCFI采用了平均蠕变速率对DE和MSEDE模型进行修正，使得其预测的平均相对误差降低了一半。

关键词：蠕变-疲劳应力-应变混合控制寿命预测损伤演化

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长时服役对20g钢的蠕变疲劳性能影响研究

南京工业大学学报(自然科学版) 2024年

作者：柴星仔梁斌陈岗张天宇王小威姜勇南京市锅炉压力容器检验研究院中国石油化工股份有限公司金陵分公司南京工业大学高端装备可靠性制造研究院南京工业大学机械与动力工程学院

通过低周疲劳（LCF）和蠕变疲劳（CFI）试验，采用不同寿命预测模型，研究495℃下供货态以及服役30年2种状态下焦炭塔用20g钢的蠕变疲劳特性。LCF试验的应变幅值为0.3%～1.0%,CFI试验的保载时间最长可达30 min，保载形式包括拉伸、压缩... 详细信息

通过低周疲劳（LCF）和蠕变疲劳（CFI）试验，采用不同寿命预测模型，研究495℃下供货态以及服役30年2种状态下焦炭塔用20g钢的蠕变疲劳特性。LCF试验的应变幅值为0.3%～1.0%,CFI试验的保载时间最长可达30 min，保载形式包括拉伸、压缩以及拉压同时保载。试验结果表明：在低周疲劳试验条件下，相较于服役材料，供货态20g钢表现出更为明显的循环软化特性和应变幅值敏感性；长时服役并没有改变20g钢在蠕变疲劳载荷下的寿命变化规律，保载的引入均造成了2种材料循环寿命的减损，其中拉伸保载损伤最大，拉压保载次之，压缩保载影响最小，在拉伸保载30 min时，寿命减损程度最高可达73%，且相同保载条件下，供货态20g钢寿命减损程度更大。材料寿命预测分析结果表明：服役20g钢的预测寿命分散带高于供货态材料，延性耗竭法相较于时间分数法和修正应变能密度耗散法预测精度最高。

关键词： 20g钢服役低周疲劳蠕变-疲劳疲劳寿命寿命预测

氢含量对锆合金蠕变-疲劳行为的影响及机理研究

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有色金属工程 2024年第4期14卷 43-50页

作者：陈乐许江涛王朋飞李顺平戴训刘肖中国核动力研究设计院反应堆燃料及材料重点实验室成都610213

针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时... 详细信息

针对反应堆用锆合金渗氢后易发生蠕变-疲劳失效问题,采用频率修正应变寿命法和频率修正滞回能法研究了再结晶状态的锆合金在320oC、不同渗氢含量下的蠕变-疲劳行为。结果表明:随保持时间增加,无渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能降低,但保持时间30 s以上时无明显影响;保持时间对渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能无影响。不同保持时间下,未渗氢试样的抗蠕变-疲劳性能最好,0.04%氢含量试样的性能最差,0.005%氢含量在高应变水平(高滞回能)下的抗蠕变-疲劳性能弱于0.02%氢含量试样,而在低应变水平区域优于0.02%氢含量试样。氢含量的影响机理为:固溶氢可提高蠕变-疲劳寿命,氢化物可降低蠕变-疲劳寿命;0.04%氢含量试样中氢化物起主导作用,导致其蠕变-疲劳性能最差。

关键词：锆合金蠕变-疲劳渗氢滞回能

考虑晶粒尺寸影响的GH720Li高温合金蠕变-疲劳寿命预测(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年

作者：张斌王荣桥胡殿印李洪波蒋康河魏佳明张宏杭州市北京航空航天大学国际创新研究院北京航空航天大学航空发动机研究院航空发动机结构强度北京市重点实验室中小型航空发动机联合研究中心清华大学航天航空学院中国航发湖南动力机械研究所杭州汽轮动力集团股份有限公司四川大学灾变力学与工程防灾四川省重点实验室

为了准确评估GH720Li高温合金的蠕变-疲劳寿命，建立了反映蠕变损伤与低循环疲劳损伤交互作用的寿命预测模型。平均晶粒尺寸为17.3 μm的GH720Li高温合金的蠕变-疲劳寿命预测结果基本在2倍分散带内，表明预测寿命与试验结果吻合良好。... 详细信息

为了准确评估GH720Li高温合金的蠕变-疲劳寿命，建立了反映蠕变损伤与低循环疲劳损伤交互作用的寿命预测模型。平均晶粒尺寸为17.3 μm的GH720Li高温合金的蠕变-疲劳寿命预测结果基本在2倍分散带内，表明预测寿命与试验结果吻合良好。进一步，考虑到双性能涡轮盘的晶粒尺寸从边缘向中心逐渐减小，通过引入晶界面积比，建立了晶粒尺寸敏感的蠕变-疲劳寿命预测模型，克服了大多数传统预测方法难以反映晶粒尺寸与蠕变-疲劳寿命关系的缺点。

关键词：损伤累积蠕变-疲劳寿命预测 GH720Li高温合金晶粒尺寸

深潜器多球交接耐压壳室温蠕变-疲劳特性研究

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中国造船 2023年第3期64卷 157-168页

作者：焦天震刘刚郭育豪李盈盈胡旭张昊大连理工大学运载工程与力学学部船舶工程学院大连116024 工业装备结构分析国家重点实验室大连116024 武汉第二船舶设计研究所前沿创新与基础研究部武汉430064

为了揭示钛合金深潜器多球交接耐压壳在实际作业过程中的蠕变-疲劳特性,通过定义的比例因子建立考虑蠕变损伤演化速率拉压不对称时的室温蠕变-疲劳损伤模型,通过对ABAQUS软件进行二次开发,基于蠕变-疲劳损伤模型和自动周期跳跃算法,建... 详细信息

为了揭示钛合金深潜器多球交接耐压壳在实际作业过程中的蠕变-疲劳特性,通过定义的比例因子建立考虑蠕变损伤演化速率拉压不对称时的室温蠕变-疲劳损伤模型,通过对ABAQUS软件进行二次开发,基于蠕变-疲劳损伤模型和自动周期跳跃算法,建立了适用于深潜器多球交接耐压壳结构的蠕变-疲劳损伤数值模拟方法。数值分析结果显示,多球交接耐压壳结构的热点位置在承受拉伸载荷时,蠕变损伤对结构的蠕变-疲劳寿命影响显著,而承受压缩载荷时几乎不产生蠕变损伤;当作业水深增加时,蠕变-疲劳裂纹萌生寿命的减少速度明显高于疲劳裂纹萌生寿命的减少速度;当处于相同水深时,保载时间增加会使结构的蠕变-疲劳裂纹萌生寿命减少,但耐压壳的实际可作业时间大幅提升。研究结果可为多球交接耐压壳蠕变-疲劳强度的计算提供参考。

关键词：蠕变-疲劳深潜器数值模拟钛合金多球交接耐压壳拉压不对称

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新型马氏体耐热钢蠕变-疲劳性能与寿命预测

焊接学报 2022年第5期43卷 1-7,I0003页

作者：赵雷冯国才徐连勇韩永典荆洪阳天津大学天津300350 天津市现代连接技术重点实验室天津300350

针对P92和G115新型马氏体耐热钢进行了应力控制下蠕变-疲劳性能研究,分析了保载时间和峰值应力对应力控制下蠕变-疲劳性能的影响规律.结果表明,应力控制下蠕变-疲劳过程中蠕变变形和损伤主导了蠕变-疲劳寿命.蠕变-疲劳寿命随峰值应力和... 详细信息

针对P92和G115新型马氏体耐热钢进行了应力控制下蠕变-疲劳性能研究,分析了保载时间和峰值应力对应力控制下蠕变-疲劳性能的影响规律.结果表明,应力控制下蠕变-疲劳过程中蠕变变形和损伤主导了蠕变-疲劳寿命.蠕变-疲劳寿命随峰值应力和保载时间的增加而下降,同时相同峰值应力下,G115钢的蠕变-疲劳寿命约是P92钢的8~10倍,但G115钢对峰值应力与保载时间的交互作用更为敏感.材料高温强度的变化导致G115钢的蠕变-疲劳性能优于P92钢.针对应力控制下蠕变-疲劳寿命预测,研究了能量法、应变能密度耗竭法、频率分离法和回线能量法等.并基于应力控制蠕变-疲劳非弹性应变损伤机制,提出了最小循环蠕变速率法和基于纯蠕变的最小蠕变速率法.结果表明:最小循环蠕变速率法预测精度最高,而基于纯蠕变的最小蠕变速率法对高寿命区预测良好,而低寿命区误差偏大.

关键词：耐热钢应力控制蠕变-疲劳寿命预测

新的蠕变-疲劳耦合损伤下活塞热-机疲劳寿命预测方法

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内燃机学报 2023年第6期41卷 554-560页

作者：何联格周蓝苏建强张斌石文军重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室重庆400054 重庆理工大学车辆工程学院重庆400054 重庆青山工业有限责任公司重庆402761 精进电动科技股份有限公司北京100016

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... 详细信息

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.

关键词：活塞铸铝合金蠕变-疲劳耦合损伤寿命预测

高温时效对G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响

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金属热处理 2023年第7期48卷 26-31页

作者：赵欣陈正宗唐正焮钢铁研究总院有限公司特殊钢研究院北京100081 宝武特种冶金有限公司技术中心上海200940

在保载时间600 s,初始应力强度因子范围为23 MPa·m^(0.5)条件下,研究了G115钢在650℃时效1000、2000和3000 h后的蠕变-疲劳裂纹扩展行为。结果表明,随着时效时间的增加,时效后G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展速率da/dN显著增加,导致裂纹扩展... 详细信息

在保载时间600 s,初始应力强度因子范围为23 MPa·m^(0.5)条件下,研究了G115钢在650℃时效1000、2000和3000 h后的蠕变-疲劳裂纹扩展行为。结果表明,随着时效时间的增加,时效后G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展速率da/dN显著增加,导致裂纹扩展寿命降低。然而,时效时间的变化对裂纹扩展机制无显著影响,均为伴随大量蠕变损伤的穿晶主导混合断裂模式。沿边界Laves相的快速形核和长大、固溶作用的降低是导致时效后G115钢蠕变-疲劳裂纹扩展寿命降低的主要原因。

关键词： G115钢高温时效蠕变-疲劳裂纹扩展

316H不锈钢蠕变-疲劳缺口效应及损伤考核准则分析

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动力工程学报 2023年第5期43卷 519-525页

作者：龚伟忠谈建平曾鑫张丽屏邵雪娇苏东川刘长军华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室上海200237 中国核动力研究设计院成都610041

通过开展光滑试样和不同V型缺口试样载荷控制下的蠕变-疲劳试验,研究了载荷水平、保载时间、缺口尺寸对316H不锈钢在600℃试验温度下蠕变-疲劳寿命的影响及缺口效应,探讨了ASME BPVC III-NH卷中316不锈钢蠕变-疲劳考核准则对于316H缺口... 详细信息

通过开展光滑试样和不同V型缺口试样载荷控制下的蠕变-疲劳试验,研究了载荷水平、保载时间、缺口尺寸对316H不锈钢在600℃试验温度下蠕变-疲劳寿命的影响及缺口效应,探讨了ASME BPVC III-NH卷中316不锈钢蠕变-疲劳考核准则对于316H缺口试样的适用性。结果表明:316H不锈钢蠕变-疲劳寿命在短时保载下表现出缺口削弱作用,长时保载下表现出缺口强化作用;随着保载时间的增加,可观察到断口处裂纹扩展区凹坑和凸起变多,瞬断区韧窝变大变深;根据现有的试验结果,ASME规范中316不锈钢蠕变-疲劳考核准则适用于缺口构件。

关键词： 316H不锈钢缺口效应蠕变-疲劳考核准则