含内凹坑高温压力管道蠕变损伤及寿命预测研究

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高温压力管道是电厂等企业的核心设备,在服役过程中,处在高温高压等苛刻环境中,发生蠕变损伤现象,致使材料性能劣化,高温压力管道的寿命缩短。凹坑是压力管道表面比较常见体积型缺陷,它的存在不仅造成缺陷处应力集中,还会大大地降低管道的承载能力,增加蠕变损伤的程度,对管道的使用安全性和使用寿命都会产生一定的影响。本文采用ABAQUS有限元方法,基于材料蠕变损伤本构关系,对存在内部凹坑缺陷的高温压力管道,进行蠕变应力和蠕变损伤的计算,实现含凹坑缺陷压力管道的寿命预测。  本研究主要内容包括:⑴运用ABAQUS有限元软件建立了在内压、弯矩以及内压加弯矩作用下含凹坑缺陷高温压力管道的有限元模型,并在模型中加入计算蠕变损伤的子程序UMAT,进行含凹坑缺陷高温压力管道蠕变损伤计算,并获得蠕变寿命。⑵对不同载荷形式、不同尺寸特征含凹坑缺陷高温压力管道进行蠕变应力计算,包括Mises应力、径向应力、环向应力、轴向应力以及相应特征点的应力集中系数,并且根据计算结果进行多元非线性回归,拟合出了Mises应力、最大主应力以及应力集中系数与蠕变时间凹坑尺寸的关系,用于含凹坑缺陷高温压力管道的寿命预测。⑶对含凹坑缺陷高温压力管道进行了蠕变损伤及寿命预测研究,分析了相对轴向长度、相对深度和相对坡度变化对蠕变损伤及寿命的影响。得出在内压作用下,相对轴向长度是影响含凹坑缺陷压力管道寿命的主要因素;在弯矩或者内压加弯矩作用下,相对深度是影响含凹坑缺陷压力管道的主要因素。⑷提出了含凹坑缺陷高温压力管道寿命的预测方程,基于含凹坑缺陷管道的相对尺寸、工作载荷,即结合蠕变损伤本构方程,凹坑缺陷尺寸与应力、时间的关系式,当D=Dcr时,可求出含凹坑缺陷高温压力管道的寿命。工程实例的分析结果表明,本文的寿命预测方法可为高温含凹坑缺陷管道寿命预测提供参考。
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