论文部分内容阅读
高温蠕变裂纹扩展是当前高温高压下工作的构件的主要失效模式。由于蠕变裂纹在前期形成和损伤积累的过程中不易检测和控制,而在后期,蠕变裂纹在前期损伤的积累下会迅速扩展,这样极易导致构件突然失效,给生产生活及人们的生命财产安全带来巨大的损失。多年来,很多学者不断投入到高温蠕变裂纹的研究中,为后人的研究打下了坚实的基础。但是,对于非稳态下裂纹深度和几何形状对C(t)积分的影响,以及稳态阶段裂尖的各种应变随时间的变化规律,尚无系统的研究,本文以高温材料P92钢为研究对象,应用有限元仿真软件ABAQUS对高温蠕变裂纹扩展的不同阶段进行了研究,主要研究内容如下:(1)在裂纹尚未进入稳态扩展阶段时,其裂纹尖端仍然符合HRR场,因此,在有些情况下,若忽略该阶段,将会导致蠕变裂纹寿命预测不准确甚至出错。本文对不同裂纹深度、不同几何形状的试样进行了大量的建模,并结合裂纹尖端应力状态进行了深入分析。研究表明,随着裂纹深度的加深,拘束作用增大,C(t)积分值减小;不同几何情况下,C(t)积分值为:CST试样>CT试样>SENT试样。(2)针对蠕变裂纹扩展的稳态阶段,基于延性耗竭模型,采用单元失效方法,通过在ABAQUS中调入USDFLD子程序,对蠕变裂纹稳态扩展阶段进行了研究,对裂纹的起裂与失效,蠕变裂纹扩展速率,以及裂纹尖端不同应变随裂纹扩展而呈现的不同规律进行了分析。结果表明,随着裂纹深度的增加,拘束作用增大,裂纹起裂时间减小,裂纹扩展速率增加,而CST试样在稳态阶段起裂时间最短,裂纹扩展速率最快,CT试样次之,SENT试样再次之。通过对参数Ac的研究表明,该参数可以用于表征裂纹尖端的拘束水平,其在寿命预测方面的应用有待进一步的研究。(3)对数值模拟结果的云图的分析发现,非稳态下,在裂纹尖端,Mises应力和裂尖张开应力随时间的推移,逐渐覆盖住整个裂纹尖端区域,而稳态阶段该应力值并无明显变化。稳态阶段,累积蠕变损伤云图经过极短时间的不规则变化后,就稳定向前扩展;裂纹尖端等效蠕变应变面积随裂纹扩展,覆盖整个裂纹尖端区域。