金屬蠕變?cè)囼?yàn)項(xiàng)目分析

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瀏覽：- 發(fā)布日期：2020-09-16 15:12:37【大中小】

金屬的高溫蠕變?cè)囼?yàn)，是模擬在長(zhǎng)時(shí)間高溫的背景下。維持機(jī)械的不斷運(yùn)轉(zhuǎn)從而進(jìn)行的一種性能檢測(cè)試驗(yàn)。由于高溫的金屬材料受到力學(xué)性能的影響非常巨大。在溫度和時(shí)間的配合之下，還會(huì)影響金屬材料的斷裂形式。

具體的情況是，在金屬材料置于溫度在T >=( 0.3~0.5)Tm（Tm為熔點(diǎn)）時(shí)，金屬材料受到恒定載荷的持續(xù)作用在一定的時(shí)間下發(fā)生的形變稱(chēng)之為蠕變過(guò)程。

蠕變的一般有，錯(cuò)位蠕變與擴(kuò)散蠕變。具體的變化情況請(qǐng)看下圖：

錯(cuò)位蠕變：

擴(kuò)散蠕變：

依照相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：

SME III-NH給出了幾種材料的高溫蠕變-疲勞壽命計(jì)算方法，并針對(duì)蠕變斷裂、蠕變變形、蠕變屈曲、循環(huán)蠕變棘輪及蠕變疲勞交互等高溫失效模式提供了設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。但該方法為核電設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要滿(mǎn)足相對(duì)應(yīng)的核級(jí)制造及檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，要求相對(duì)較嚴(yán)格。

ASME Code Case 2843(2017版)全面引入了ASME III-NH中高溫蠕變-疲勞壽命計(jì)算方法，并在ASME II-D篇中給出了相關(guān)材料的疲勞曲線數(shù)據(jù)，現(xiàn)在可以基于ASME VIII-2 2017標(biāo)準(zhǔn)對(duì)高溫蠕變-疲勞設(shè)備進(jìn)行分析。

ASME Code Case (2015版)的2605-1條款中對(duì)2.25Cr-1Mo給出了蠕變疲勞計(jì)算準(zhǔn)則，該準(zhǔn)則主要基于對(duì)應(yīng)的API標(biāo)準(zhǔn)，直接對(duì)材料的蠕變特性進(jìn)行了分析。該標(biāo)準(zhǔn)給出了材料在蠕變階段的本構(gòu)關(guān)系（Ω蠕變準(zhǔn)則），不過(guò)由于在2605-1中指定的材料十分單一且溫度上限僅僅略高于蠕變值，其對(duì)于采用ASME VIII-2設(shè)計(jì)的其他材料意義不大。

2017版ASME VIII-2引入了高溫蠕變-疲勞壽命計(jì)算方法，按照該方法來(lái)對(duì)壓力容器進(jìn)行蠕變-疲勞壽命計(jì)算將成為主流，該方法主要內(nèi)容如下：

適用的材料：2.25Cr-1Mo，9Cr-1Mo-V，304，316和鎳基合金800H。

1. 載荷控制限值：

1.1 設(shè)計(jì)載荷限值：

（a）總體一次薄膜等效應(yīng)力Pm不超過(guò)設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力S：

Pm≤S

（b）局部一次薄膜PL加一次彎曲應(yīng)力Pb不超過(guò)1.5S；

PL+Pb≤1.5S

.2 操作載荷限值：

（a）總體一次薄膜等效應(yīng)力Pm不超過(guò)最大壁溫平均值下材料的許用應(yīng)力Smt：

Pm≤Smt

（b）局部一次薄膜PL加一次彎曲應(yīng)力Pb組合滿(mǎn)足下面要求；

PL+Pb≤KSm

PL+Pb/Kt≤St

ASME Code Case 2843規(guī)定，EN 13445-3 2015中的分析分兩類(lèi)：應(yīng)力分類(lèi)法和直接法。其中附錄B直接法中詳細(xì)介紹了采用理想彈塑性材料進(jìn)行蠕變分析的具體流程。與ASME標(biāo)準(zhǔn)不同，EN 13445中為了考慮不同結(jié)構(gòu)形式以及應(yīng)力狀態(tài)對(duì)蠕變的影響而引入了多個(gè)承載系數(shù)，通過(guò)他們之間的運(yùn)算關(guān)系來(lái)最終確定該結(jié)構(gòu)的承載能力。特別的，為了充分考慮復(fù)雜結(jié)構(gòu)承壓時(shí)某部分首先進(jìn)入屈服后結(jié)構(gòu)的承載能力差異，計(jì)算中需要考慮兩種特殊載荷：Ae和Au，其中，Ae表示某特定結(jié)構(gòu)承壓時(shí)某點(diǎn)首先進(jìn)入屈服時(shí)的載荷情況；Au 表示主應(yīng)變達(dá)到 5%時(shí)的承載情況，分別用來(lái)表征該結(jié)構(gòu)的彈性及塑形承載能力。由于 EN 13445- 3 2015 中的直接法采用的是非線性極限分析，同時(shí)，每次分析還需計(jì)算多種情況，這些都對(duì)該方法的簡(jiǎn)易推廣造成了一定的困難。

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