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复杂应力状态下20g材料热机械疲劳总寿命评价

作　者: 陈雪松
导　师: 王正
学　校: 大连理工大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 热机械疲劳总寿命 20g材料复杂应力状态应变速率
分类号: TB301
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-15
  1． 1 疲劳、蠕变及热机械疲劳概述  9-14
    1． 1． 1 疲劳破坏及疲劳分类  9-10
    1． 1． 2 蠕变  10-11
    1． 1． 3 热机械疲劳  11-14
  1． 2 本文研究内容  14
  1． 3 主要技术难点及创新  14-15
2 复杂应力状态下热机械疲劳试验内容及结果  15-26
  2． 1 试验设备、试验材料及试验试样  15-17
    2． 1． 1 试验设备  15
    2． 1． 2 试验材料  15
    2． 1． 3 试样形状和尺寸  15-17
  2． 2 试验参数的确定  17-18
    2． 2． 1 载荷控制方式  17
    2． 2． 2 循环波形的选择  17-18
    2． 2． 3 试验环境及温度的选择和控制  18
  2． 3 试验内容和试验结果  18-22
    2． 3． 1 单拉和循环特性曲线测定及分析  18-20
    2． 3． 2 热机械疲劳总寿命试验  20-22
  2． 4 试验结果分析  22-26
    2． 4． 1 试样缺口形式同疲劳总寿命的关系  22-23
    2． 4． 2 加载应变幅同疲劳总寿命的关系  23-24
    2． 4． 3 加载应变速率同疲劳总寿命的关系  24
    2． 4． 4 保载时间同疲劳总寿命的关系  24-26
3 有限元数值计算和分析  26-45
  3． 1 引言  26
  3． 2 有限元程序简介  26-32
    3． 2． 1 主要技术特点  26-27
    3． 2． 2 有限元单元类型  27
    3． 2． 3 非线性结构分析  27-28
    3． 2． 4 疲劳分析  28-30
    3． 2． 5 蠕变分析  30-31
    3． 2． 6 ANSYS求解步骤  31-32
  3． 3 有限元网格划分  32
  3． 4 有限元计算结果  32-45
    3． 4． 1 缺口周围各应力分量及当量应力、应变分布  32-36
    3． 4． 2 试样危险点的确定  36-42
    3． 4． 3 危险点应力、应变计算结果  42-45
4 复杂应力状态下热机械疲劳总寿命的评价  45-58
  4． 1 引言  45-49
    4． 1． 1 疲劳破坏过程  45
    4． 1． 2 疲劳寿命评价方法  45-46
    4． 1． 3 复杂应力状态下疲劳寿命评价的基本思想和内容  46-49
  4． 2 复杂应力状态下Von Mises当量应力、应变计算  49-51
    4． 2． 1 三维应力状态下Von Mises当量应力、应变计算  49-50
    4． 2． 2 Von Mises当量应力、应变范围计算  50-51
  4． 3 用当量应变范围评价复杂应力状态下热机械疲劳寿命的依据  51-52
  4． 4 复杂应力状态下材料热机械疲劳总寿命评价  52-58
结论  58-60
参考文献  60-63
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  63-64
致谢  64-65
大连理工大学学位论文版权使用授权书  65

复杂应力状态下20g材料热机械疲劳总寿命评价

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