鍋爐集箱熱應(yīng)力有限元分析及裂紋擴(kuò)展速率的研究.pdf

1、低周疲勞是電站鍋爐的主要失效形式,其中由溫差產(chǎn)生的熱應(yīng)力是影響材料低周疲勞壽命的主要因素。目前國內(nèi)的科研力量主要集中在集箱管接頭部位應(yīng)力和數(shù)值模擬計算。但對于集箱材料 Q245R的疲勞裂紋擴(kuò)展速率的綜合分析和疲勞評估相對很少,因此對高溫下疲勞裂紋擴(kuò)展速率的數(shù)據(jù)積累就十分重要。
　　本文首先對鍋爐集箱進(jìn)行ANSYS有限元模擬的熱應(yīng)力分析,獲得了不同工況下集箱外表面的應(yīng)力應(yīng)變分布狀況,并提取集箱在不同工況下沿壁厚方向的應(yīng)力分布,為鍋爐

2、集箱的疲勞壽命預(yù)測提供了有利的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和可靠的載荷條件。
　　通過高溫疲勞試驗,對鍋爐集箱材料 Q245R分別在400℃高溫和室溫條件下,采用應(yīng)力比R=0.05和R=0.5進(jìn)行了疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試。得出結(jié)論:其疲勞裂紋擴(kuò)展速率在高溫時更快,而在溫度相同的條件下,疲勞裂紋擴(kuò)展速率都在高應(yīng)力比時更快。對Q245R在R=0.05和R=0.5兩種條件下室溫和400℃高溫的疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值進(jìn)行測定,結(jié)果發(fā)現(xiàn):疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值隨著應(yīng)力比

3、R的升高而減小,隨溫度的升高而降低。
　　根據(jù)BS7910-2005標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合有限元模擬和疲勞試驗的數(shù)據(jù),應(yīng)用Visual Basic軟件對鍋爐集箱的疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測。對于給定外表面初始裂紋的長度和深度,根據(jù)有限元模擬提取的熱應(yīng)力值、疲勞裂紋擴(kuò)展試驗得到的門檻值及Paris公式中的參數(shù),可以評定其在服役期間的裂紋擴(kuò)展情況,并估算其剩余壽命。
　　通過對 Q245R材料在不同溫度下進(jìn)行拉伸試驗,得到不同溫度下彈性模量和屈服強(qiáng)度