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TP347H不锈钢蠕变—疲劳交互作用研究

TP347H不锈钢蠕变—疲劳交互作用研究

第十四届中国体视学与图像分析学术会议

作者：周红伟何宜柱吕继祖安徽工业大学材料科学与工程学院华电重工股份有限公司

在550℃和对称应变控制下,研究了超(超)临界机组用TP347H不锈钢低周疲劳和蠕变-疲劳交互作用行为,应变幅为±1.0%,拉伸应变保持时间为30 s和300 s。分析比较了蠕变和应变保持时间对低周疲劳寿命的影响规律。研究结果表明,蠕变-疲劳交互... 详细信息

在550℃和对称应变控制下,研究了超(超)临界机组用TP347H不锈钢低周疲劳和蠕变-疲劳交互作用行为,应变幅为±1.0%,拉伸应变保持时间为30 s和300 s。分析比较了蠕变和应变保持时间对低周疲劳寿命的影响规律。研究结果表明,蠕变-疲劳交互作用条件下的循环应力高于低周疲劳对应的值,且蠕变-疲劳寿命低于低周疲劳寿命;随着应变保持时间的增加,循环应力随之增加,而疲劳寿命随之减少。通过投射电子显微镜(TEM)观测可知,在应变保持下不锈钢中没有显著的析出相形成,较高的循环应力非析出强化所致。在550℃低周疲劳和蠕变-疲劳交互作用条件下,TP347H中都出现了动态应变时效(DSA),该效应与扩散溶质原子(如Cr和Nb)和可动位错交互作用有关。但与低周疲劳相比,在蠕变-疲劳的应变保持阶段,溶质原子有充分的时间向可动位错处扩散并对位错形成更有效的钉扎,位错密度迅速增值,此时DSA诱导变形强化比低周疲劳下的更为显著,因此具有较高的循环应力。而高的循环应力加速裂纹萌生和裂纹扩展,降低高温疲劳寿命。

关键词：超(超)临界机组奥氏体不锈钢蠕变-疲劳低周疲劳动态应变时效

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变幅加载下多轴蠕变-疲劳寿命预测系统

变幅加载下多轴蠕变-疲劳寿命预测系统

第十八届全国疲劳与断裂学术会议

作者：尚德广郭振坤陶志强陈宏北京工业大学机电学院

本文从工程应用角度出发,采取试验与理论相结合的方法,开发了变幅多轴蠕变-疲劳寿命预测系统,提出一种谱载下低周多轴蠕变-疲劳寿命评估方法。从预测准确且便于工程应用的角度考虑,分析了现有多种不包含经验系数的多轴疲劳寿命预测模型... 详细信息

本文从工程应用角度出发,采取试验与理论相结合的方法,开发了变幅多轴蠕变-疲劳寿命预测系统,提出一种谱载下低周多轴蠕变-疲劳寿命评估方法。从预测准确且便于工程应用的角度考虑,分析了现有多种不包含经验系数的多轴疲劳寿命预测模型,并通过试验数据评估这些模型的预测效果,确定适用于变幅多轴疲劳寿命预测的方法。依据所确定的寿命预测模型,结合变幅载荷多轴计数方法等理论,基于C++开发出高温变幅蠕变-疲劳寿命预测系统,并通过试验数据验证了系统寿命预测的效果。通过理论和试验研究,提出一种高温多轴谱载下低周蠕变-疲劳寿命评估方法,该方法可以考虑加载形式、载荷保持等影响。通过试验验证,该方法可以得到较好的预测效果。

关键词：多轴疲劳蠕变-疲劳变幅载荷寿命预测软件开发

基于物理信息神经网络的镍基617合金蠕变-疲劳寿命预测框架

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基于物理信息神经网络的镍基617合金蠕变-疲劳寿命预测框架

中国核学会2023年学术年会

作者：王蓝仪张行邓晰张尚林朱顺鹏

针对反应堆设备用镍基617合金蠕变-疲劳长时性能劣化行为预测的难题,本文通过耦合物理信息神经网络与可解释机器学习构建了镍基617合金蠕变-疲劳寿命预测框架。基于不同加载条件下185组镍基617合金蠕变-疲劳数据,建立了包含加载特征与... 详细信息

针对反应堆设备用镍基617合金蠕变-疲劳长时性能劣化行为预测的难题,本文通过耦合物理信息神经网络与可解释机器学习构建了镍基617合金蠕变-疲劳寿命预测框架。基于不同加载条件下185组镍基617合金蠕变-疲劳数据,建立了包含加载特征与合金成分的蠕变-疲劳数据库。利用SHAP (SHapley Additive exPlanations)与XGBoost的集成模型识别预测蠕变-疲劳寿命的关键特征参数。基于不同特征对于提升XGBoost模型预测性能的贡献,确定保载时间、应变幅值、测试环境、测试温度与镍含量是预测镍基617合金蠕变-疲劳寿命最重要的5个特征参数,利用关键特征参数构建了数据驱动蠕变-疲劳寿命预测框架。针对纯数据驱动方法与蠕变-疲劳损伤过程中基本物理知识相矛盾的问题,引入保载时间与总应变对蠕变-疲劳寿命的影响作为物理约束引导物理信息神经网络的训练。结果表明,由于工艺原因造成合金成分的差异对镍基617合金热机械性能的影响并不显著。较纯数据驱动的深度神经网络,引入物理信息作为约束增强了深度神经网络对蠕变-疲劳寿命预测的外推性能,预测结果与先验物理知识相一致。

关键词：蠕变-疲劳寿命预测物理信息神经网络可解释机器学习镍基617合金

GH4169合金蠕变疲劳行为的有限元模拟及寿命预测

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航空学报 2018年第12期39卷 370-379页

作者：姚萍王润梓郭素娟张显程华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

考虑蠕变-疲劳损伤,对部件材料进行合理的循环变形描述和准确的寿命预测,是保证航空发动机等高温设备长周期安全运行需要解决的关键问题之一。基于大型有限元软件ABAQUS,采用组合Chaboche随动强化准则和Voce各向同性硬化准则的循环弹塑... 详细信息

考虑蠕变-疲劳损伤,对部件材料进行合理的循环变形描述和准确的寿命预测,是保证航空发动机等高温设备长周期安全运行需要解决的关键问题之一。基于大型有限元软件ABAQUS,采用组合Chaboche随动强化准则和Voce各向同性硬化准则的循环弹塑性本构模型,叠加应变强化的蠕变本构模型,对GH4169合金在蠕变-疲劳载荷下伴有应力松弛的循环变形行为进行了准确的有限元模拟。同时,将Wang等最新修正的基于逐周次概念的蠕变-疲劳损伤模型进行了有限元移植,结合有限元模拟所得的循环应力、应变状态,实现了对GH4169合金蠕变-疲劳寿命的准确预测。研究结果将为进一步实现对航空发动机关键部件精确的寿命预测提供理论基础和技术手段。

关键词： GH4169 蠕变-疲劳循环塑性损伤有限元寿命

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钍基熔盐堆回路管道蠕变疲劳分析和评定研究

核动力工程 2017年第1期38卷 56-59页

作者：卢喜丰王新军艾红雷吕勇波何风中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

钍基熔盐堆(TMSR)回路管道的运行温度大于500℃,需要采用高温反应堆的评定准则来进行评定。对于高温管道需对其进行应力、应变及蠕变-疲劳分析来保证其完整性。传统的方法是采用ANSYS软件建立有限元模型来进行蠕变-疲劳分析,耗时费力。... 详细信息

钍基熔盐堆(TMSR)回路管道的运行温度大于500℃,需要采用高温反应堆的评定准则来进行评定。对于高温管道需对其进行应力、应变及蠕变-疲劳分析来保证其完整性。传统的方法是采用ANSYS软件建立有限元模型来进行蠕变-疲劳分析,耗时费力。本文采用PIPESTRESS软件对TMSR回路管道进行评定。分析结果表明:通过引入应力指数,对PIPESTRESS软件的计算结果进行处理,可以完成回路管道蠕变-疲劳分析的快速评定。在TMSR回路管道分析中,该方法省时省力,是一种更加实用和有效的方法。

关键词：钍基熔盐堆(TMSR) 回路管道蠕变-疲劳应力指数 PIPESTRESS

基于PepS的高温核一级管道蠕变疲劳分析方法研究

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核技术 2020年第3期43卷 87-94页

作者：龚玮张小春王晓艳薛静怡傅远中国科学院上海应用物理研究所上海201800 中国科学院先进核能创新研究院上海201800

钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel,TMSR-LF1)回路管道最高运行温度达650℃,高温服役下的管道蠕变-疲劳损伤分析及评定至关重要。目前仅ASME-BPVC-III-5-HBB规范中有适用于高温核一级管道的蠕变-疲劳损伤暂行评定方法... 详细信息

钍基熔盐堆(Thorium Molten Salt Reactor-Liquid Fuel,TMSR-LF1)回路管道最高运行温度达650℃,高温服役下的管道蠕变-疲劳损伤分析及评定至关重要。目前仅ASME-BPVC-III-5-HBB规范中有适用于高温核一级管道的蠕变-疲劳损伤暂行评定方法,但该方法对于复杂管道系统使用起来过于繁琐。本文旨在使用管道分析软件PepS软件实现高温核一级复杂管系的分析与结构完整性评估。首先结合管道结构在多种载荷组合作用下的截面应力状态解析解,进行管道截面应力分析及应力线性化,并将结果与有限元数值解进行对比分析,两者的误差结果基本一致。随后,利用PepS软件对TMSR-LF1回路管道进行了力学分析和结构完整性评估,结其蠕变疲劳损伤结果位于包络线以内,满足蠕变疲劳极限的要求。该研究将管道分析软件与ASME评定规范进行了有效衔接,明确了评定方法,实现了高温核一级复杂管系的蠕变疲劳评估。

关键词： TMSR-LF1 管道 PepS 蠕变-疲劳高温

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P91钢蠕变—疲劳交互作用下断裂特性研究

机械强度 2012年第6期34卷 886-891页

作者：张国栋薛飞王兆希赵彦芬张路蒙新明苏州热工研究院苏州215004 南京工业大学机械与动力工程学院南京210009 清华大学材料科学与工程系北京100084 清华大学工程力学系北京100084

在546℃下,对电厂用关键材料P91钢进行应力控制的蠕变—疲劳交互作用下试验。分别讨论平均应力和应力幅对断裂时间的影响,分析断口形貌与韧窝脱粒成分,断口裂纹金相,获得P91钢蠕变—疲劳交互作用下断裂机制与断裂特性。研究结果表明,由... 详细信息

在546℃下,对电厂用关键材料P91钢进行应力控制的蠕变—疲劳交互作用下试验。分别讨论平均应力和应力幅对断裂时间的影响,分析断口形貌与韧窝脱粒成分,断口裂纹金相,获得P91钢蠕变—疲劳交互作用下断裂机制与断裂特性。研究结果表明,由于微观裂纹的闭合,P91钢蠕变—疲劳交互作用寿命随着下保载的时间增加而增加。当平均应力远小于应力幅时,试样主要表现为疲劳断裂,当平均应力与应力幅相等时,试样为蠕变疲劳共同作用下的断裂特征,当平均应力远大于应力幅时,断裂特征为蠕变断裂。通过断口金相分析,试样断口裂纹均为穿晶断裂。对断口韧窝的脱粒成分研究,脱粒为氧化物。研究结果为P91钢蠕变—疲劳断裂机制分析提供理论和实验基础。

关键词： P91钢蠕变-疲劳断口微观形貌韧窝脱粒断裂特征

蠕变疲劳的应变能区分法数值计算方法及其应用

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机械强度 1996年第1期18卷 28-33页

作者：苏翰生麦城锐北京航空材料研究所广东肇庆压铸厂

叙述蠕变—疲劳寿命预测的应变能区分法的数值计算方法（简称ＳＥＰ－ＮＣＭ），ＳＥＰ－ＮＣＭ是采用ＳＥＰ的数学模型，寿命预测方程常数由数值计算确定．它主要用于蠕变—疲劳行为的分析和寿命预测。由于它的试验程序简单，试验类型... 详细信息

叙述蠕变—疲劳寿命预测的应变能区分法的数值计算方法（简称ＳＥＰ－ＮＣＭ），ＳＥＰ－ＮＣＭ是采用ＳＥＰ的数学模型，寿命预测方程常数由数值计算确定．它主要用于蠕变—疲劳行为的分析和寿命预测。由于它的试验程序简单，试验类型单一，预测精度好，因而易于使用，并使处于拉—拉循环应力下的一批构件寿命预测准确度得到提高。

关键词：蠕变-疲劳寿命预测应变能区分法数值计算方法

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某高温合金气膜孔蠕变/疲劳行为研究

某高温合金气膜孔蠕变/疲劳行为研究

作者：赵婷南昌航空大学

学位级别：硕士

作为航空发动机关键热端部件之一,涡轮叶片的高温力学稳定性和结构强度在一定程度上决定了航空发动机的整机水平与服役可靠性。现役涡轮叶片密布的气膜孔结构会引起应力集中,在气膜孔局部区域处于复杂多轴应力状态。同时,涡轮叶片在实... 详细信息

作为航空发动机关键热端部件之一,涡轮叶片的高温力学稳定性和结构强度在一定程度上决定了航空发动机的整机水平与服役可靠性。现役涡轮叶片密布的气膜孔结构会引起应力集中,在气膜孔局部区域处于复杂多轴应力状态。同时,涡轮叶片在实际服役状态受由于离心力载荷引起的机械应变,并耦合了由于几何应力集中、振动、发动机启动与停车以及不规则机动飞行带来的瞬态热和机械应变,对叶片结构完整性构成了重大挑战。基于现在的认识,缺乏对于热端部件气膜孔结构在复杂载荷状态下的热/力循环蠕变行为的理解。气膜孔结构对材料蠕变疲劳行为的影响尚不清楚,亟需明确涡轮叶片气膜孔结构在复杂载荷作用下的失效模式和微观机理。本文以DZ125镍基高温合金为研究对象,采用以试验为主,结合微观分析手段,充分利用有限元分析技术,探索涡轮叶片气膜孔结构对DZ125合金蠕变-疲劳变形、微观损伤的影响机制。通过合理设计不同孔结构(斜孔/直孔),并制定了不同的载荷开展研究工作。论文主要研究结论汇总如下:1.开展了不同类型气膜孔薄壁圆管试样在不同应力下的蠕变-疲劳试验并与等应力的纯蠕变试验结果进行对比,并对各试样的蠕变变形行为和损伤演化机理进行了分析。其结果表明带气膜孔薄壁圆管试样的蠕变-疲劳寿命较纯蠕变寿命降低了30%-50%,且带气膜孔薄壁圆管试样的蠕变-疲劳寿命为无孔薄壁圆管试样蠕变-疲劳寿命的3倍左右。蠕变-疲劳载荷作用下,气膜孔边缘出现明显的应力集中。由于试样上设计有纵向对称两排7孔排列,沿加载轴方向高应力区域和低应力区域交替出现,裂纹萌生于孔边高应力区域。气膜孔局部损伤主要多发于垂直加载轴孔边缘。且γ’强化相沿气膜孔边缘微观组织演化形态与局部应力应变场密切相关。2.开展了不同类型气膜孔薄壁圆管试样在不同载荷条件下的纯蠕变试验。在应力水平较低情况下,以中国航空材料手册中DZ125圆棒试样的材料蠕变性能数据为参照,无孔(NH)和多直孔(MH)薄壁圆管试样蠕变寿命是圆棒试样的2倍,单斜孔(SH)薄壁圆管试样蠕变寿命高出圆棒试样20%。相同载荷条件下,MH型试样形成了前期以气膜孔开裂为主后期以韧窝断裂为主的失效形式。相比于MH型试样,SH型试样主要以韧窝断裂为主,断口从气膜孔内表面起裂与蠕变裂纹连接后发生失效。试验后气膜孔远/近断口区域位错组态TEM观察发现,蠕变后期γ/γ’相界面形成的位错网已经破损,大量位错切入γ’相,且筏化的γ’相扭曲程度加剧,并在界面处形成微裂纹,随着孔洞的聚集和微裂纹的扩展合金发生蠕变断裂。3.采用ABAQUS软件结合UMAT子程序计算,计算终止时两侧气膜孔垂直加载轴区域的蠕变应变均大于其余气膜孔。计算终止时MH试样中部位置气膜孔区域与端部气膜孔区域的损伤差别较大,受气膜孔孔间应力应变干涉作用,远离孔区域蠕变总损伤远小于气膜孔局部,最大蠕变总损伤位置位于最右侧气膜孔,与试验后试样断口观察结果一致。4.对CFM56-7发动机退役涡轮叶片进行分析发现,在叶片前缘气膜孔区域,气膜孔两侧的微观组织均发生了不同程度的筏化,且γ’相筏化方向多变。对叶片1/3叶高处截面不同应力区域微观组织进行分析,结果表明,涡轮叶片同一截面不同应力区域γ/γ’相微观形貌存在明显差异。循环高温载荷下材料γ基体相中出现的少部分二次γ’相析出。叶片关键截面沿壁厚方向内表面γ’相筏化程度高于外表面,1/2壁厚位置γ’相没有发生明显的筏化。

关键词：定向凝固高温合金蠕变-疲劳气膜孔微观组织演化失效机理