復合鋼板界面處高溫蠕變特性研究.pdf

1、復合鋼板的復層材料具有耐腐蝕、耐磨、導電和抗振的特性，基層材料具有高強度的特性，這使得復合鋼板既節(jié)約了成本材料又提高了鋼板的性能指標。隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)工藝的要求，過程裝備在受到高壓作用的同時往往還受到高溫作用，對材料的要求越來越高。所以復合鋼板因其良好的適用性和經(jīng)濟性而被越來越廣泛的應用于軍工、冶金、化工、石油、天然氣、航海、造船、核能等國家支柱產(chǎn)業(yè)。然而復合鋼板在生產(chǎn)制造和工藝加工過程中，基層與復層的界面

2、結合處容易產(chǎn)生雜質(zhì)、氣孔、位錯等缺陷。且復合鋼板復層與基層材料的熱膨脹系數(shù)、化學組分和金相組織存在很大差別。在高溫外載荷長時間作用下，復合鋼板界面處很容易出現(xiàn)蠕變變形與蠕變斷裂，成為復合鋼板重要的失效部位。由此可見，對于復合鋼板界面處蠕變特性的研究關系到工業(yè)生產(chǎn)能否正常運行，是十分重要且必要的。
　　 由于復合鋼板制備工藝要求較為嚴苛，高溫蠕變實驗周期較長，界面處蠕變特性難以體現(xiàn)等諸多實際因素，所以針對復合鋼板界面處的高溫蠕變實

3、驗較難實現(xiàn)。有限元分析方法通過求得近似解來解決工程上無法精確求解的問題，同時還具備耗時較短、成本低廉的優(yōu)點，已經(jīng)在材料高溫蠕變研究中得到了廣泛的應用，因而本文利用有限元數(shù)值分析法對復合鋼板界面處的高溫蠕變特性進行了深入的研究討論。本文基于彈性力學、黏彈性力學理論針對復合鋼板界面處的高溫蠕變特性進行了理論研究。采用有限元數(shù)值分析方法針對復合鋼板界面處的蠕變應力、蠕變應變，各節(jié)點隨時間變化的蠕變特性，以及材料不同位置的原始缺陷在高溫蠕變條件

4、下對于界面處蠕變特性的影響進行了分析。
　　 本文通過對復合鋼板界面處的高溫蠕變特性理論研究與數(shù)值模擬得到以下結論:
　　 (1)理論研究，通過金屬材料的廣義卡爾文模型微分本構關系導出了復合鋼板內(nèi)壓筒體蠕變的黏彈性本構方程。本文還研究了含有原始孔狀缺陷材料的蠕變本構方程。
　　 (2)數(shù)值模擬，在溫度恒定，外載荷恒定的條件下，復合鋼板基層與復層的界面處蠕變應力發(fā)生突變，復層蠕變應力隨時間減小，基層蠕變應力隨時間增

5、大，蠕變應變皆隨時間增大。恒載荷條件下，工作溫度越高，復合鋼板界面蠕變應力差值與蠕變應變的值越大。
　　 (3)當復合鋼板中存在原始孔狀缺陷時，孔邊應力集中，且孔附近蠕變應力和蠕變應變呈蝶形分布。復層存在孔狀缺陷時，界面處的蠕變應力和蠕變應變差值與無缺陷復合鋼板相比有所增大;基層存在孔狀缺陷時，界面處的蠕變應力差值較小，蠕變應變沒有明顯突變;界面處存在孔狀缺陷時，蠕變應變沿著筒體徑向方向逐漸減小且在界面處保持連續(xù)。