連續(xù)損傷力學有限元法在高溫構件設計和焊接修復中的應用.pdf

1、蠕變損傷是高溫環(huán)境下服役構件失效的主要原因之一,這與常溫下構件由于強度不夠導致的破壞有著本質的區(qū)別.因此對高溫和常溫兩種不同環(huán)境下的失效模式要求有不同的設計準則.但是現(xiàn)行的一些規(guī)范都沒有能在較嚴格的理論框架下對高溫設備的設計提出合理的準則,相反大多數(shù)規(guī)范還只是基于經(jīng)驗的總結.為此本文以連續(xù)損傷力學理論為基礎,通過試驗和有限元模擬,針對高溫環(huán)境中構件的設計、監(jiān)測及延壽修復問題進行了探討.論文的主要研究工作和取得的結論如下:(1)對高溫構件

2、的沒計規(guī)范、壽命評價方法以及損傷構件修補的研究進展進行了評述,提出了新的研究方向.(2)通過編制用戶子程序,利用ABAQUS的UMAT接口,實現(xiàn)了在ABAQUS中對修正型Karchanov-Rabotnov本構模型的模擬,對如何保證非線性數(shù)值模擬的收斂作了初步的探討.并用該程序模擬計算缺口試樣,模擬結果與缺口試樣試驗結果吻合,表明該法適用于多軸應力狀態(tài)下構件的損傷模擬.(3)通過對典型體元的損傷分析,考察了應力多軸度對蠕變破斷應變和壽命

3、的影響,并對幾種典型結構(彎管、T型接管)進行了損傷壽命的數(shù)值模擬.計算結果表明,ASME-Code Case-N-47規(guī)定的非彈性應變容限值有的偏保守,有的偏危險,因而ASME準則需要進行修正.(4)利用連續(xù)損傷力學理論對焊接件的補焊問題進行分析,模擬計算了補焊件的失效模式、延壽效率等問題,同時還對補焊件坡口寬度的影響、最優(yōu)補焊時間、全補焊和部分補焊等問題進行了初步的探討.分析表明:對熱影響區(qū)的蠕變失效,采用提前補焊并不能提高延壽效率