基于蠕变损伤的P91钢应力-应变本构关系

高温下材料的本构关系和时间相关,可以由高温等时应力-应变曲线表示。对P91钢分别进行高温(600℃)短时拉伸实验,高温蠕变100、500和900 h实验之后的高温短时拉伸实验,以及完整的蠕变断裂实验。结果表明:用高温等时应力-应变曲线描述P91钢高温蠕变损伤后的本构关系极为保守。由此,引入寿命分数参数定义材料的高温蠕变损伤,获得了P91钢发生高温蠕变损伤后材料抗拉强度与蠕变损伤的关系,修正了高温等时应力-应变曲线,建立了基于蠕变损伤的P91钢应力-应变本构方程。     

钛合金Ti-6242S高温棘轮行为实验研究

为揭示钛合金Ti-6242S的高温棘轮行为特征,对钛合金Ti-6242S在25~520℃的温度范围内进行了单调拉伸、应变循环和应力循环实验. 结果显示:随着温度的升高,钛合金的弹性模量和名义屈服应力降低,延伸率增加;材料在应变循环下呈现出循环软化特性;在应力循环下,材料呈现出明显的棘轮行为,棘轮应变随着加载的应力幅值和温度的增加而增加,且对加载历史具有依赖性;同时,高温下的棘轮应变由塑性应变和蠕变应变共同贡献. 恒定平均应力下,大的应力幅值导致损伤和棘轮行为的交互作用,急剧缩短材料的疲劳寿命.     

循环蠕变加载下疲劳裂纹扩展速率的探讨

根据循环蠕变加载下应力-应变迟滞徊线的周期性,提出了在一个循环周期内以应变能密度为损伤参量,并把材料的机械疲劳损伤和蠕变损伤统一处理的方法,以解决这两种损伤之间的交互作用问题;指出了在循环蠕变的加速现象中包含了这两种损伤之间的交互作用的效果;借助于等效杨氏模量概念,对静蠕变公式进行修正后用于循环蠕变的应变计算,进而对能量密度进行计算。然后参照单轴疲劳的研究过程,导出了循环蠕变加载下基于能量密度的疲劳裂纹扩展速率公式。     

T92/Super304H异种钢焊接接头服役前后力学变化及其寿命评估

火电机组中过热器,再热器等部件需应用到异种钢焊接接头来满足不同环境的需求,这要求材料具有更高的耐高温腐蚀性能、屈服极限以及抗拉强度,而服役造成的老化会很大程度影响焊接件的性能,进而影响其寿命。为了研究服役对于异种钢焊接接头T92/Super304H的力学性能的影响。通过在610℃高温状态下,对已服役和未服役的焊接接头进行了不同加载速率的拉伸试验,获得了应力应变曲线及拟合曲线,通过扫描电子显微镜(SEM)分析了断口形貌。在相同温度下,对试样加载不同应力进行蠕变试验,获得了焊接接头的本构方程和蠕变寿命预测模型,分析了其断裂原因。结果表明：已服役和未服役的焊接接头高温拉伸时断裂均发生在T92侧(T92热影响区),试样有明显的颈缩;材料的初始应力值越大,蠕变寿命越短;随着初始应力水平的增加,蠕变应变速率变化加快;寿命预测拟合曲线和实际的蠕变试验一致。     

高应力条件下黄土三轴蠕变试验及经验模型

为研究高填方地基黄土在高应力条件下的蠕变特性及其随深度的变化规律,在不同围压下针对陕西延安机场高填方黄土进行三轴固结不排水蠕变试验。采用"陈氏法"对试验数据分析处理,获得分别加载下各围压的蠕变曲线和应力-应变等时曲线。试验发现黄土的蠕变特性在高应力与低应力水平下有显著不同:其应力-应变关系在低应力条件下近似呈线性特性,高应力条件下表现出明显的非线性特性。以围压600kPa为例,由指数函数描述应力-应变关系,双曲线函数描述应变-时间关系,建立了适合延安机场并可以反映高应力条件下黄土蠕变特性的经验模型。将Mesri模型、Singh-Mitchell模型与经验模型比较,发现该模型与试验数据拟合度高、形式简洁、参数少且易获取,能更好地对延安机场黄土的蠕变特性进行反映和预测。     

高温蒸汽管道在高温蠕变与低周疲劳交互作用下的损伤演化和寿命估算方法

基于近年来固体力学发展的前沿领域中较成熟的连续损伤力学的概念与理论,着重讨论火电厂中高温蒸汽管道,在高温和周期加载条件下运行时,将发生高温蠕变与低周疲劳交互作用下的材质劣化损伤行为。针对这种性状来研究蒸汽管道常用耐热钢在高温蠕变与低周疲劳交互作用时的损伤本构关系,提出用于管道结构分析的基本方程与变分方法,并从工程实用角度出发,根据火电厂中大多数高温结构元件的服役运行工况,利用"间置加载"型载荷谱的特点,提出两个基本假设,以突出蠕变与疲劳交互作用过程中的主要特征,并依据初始循环应力应变场,来对损伤过程中的循环应力应变场进行逼真描述,为更好地解决管道结构分析中的实际问题以及构件的寿命估算,从而提出更为严谨的理论和管道结构分析的变分方法。     

硬度法预测锅炉高温管道的剩余寿命

长期在高温、高应力状态下运行的锅炉高温管道蠕变损耗的评价,过去一直沿用新材料的寿命损耗曲线,并没有考虑锅炉高温管道长期服役所产生材质退化现象的影响。该文通过对淮北发电厂使用不同年限的在役锅炉高温管道材料试验结果的分析及研究,建立了锅炉高温管道材料的硬度与使用寿命的函数关系式,为老机组安全可靠运行及评估其使用寿命提供了理论依据。     

CMSX－3镍基单晶高温合金的蠕变－疲劳行为

对镍基单晶高温合金ＣＭＳＸ－３在９００℃、较高应力幅下进行蠕变－疲劳交互作用试验。结果表明，循环蠕变的保持时间显著地影响材料的断裂寿命和断裂应变；应变量与总保持时间有对应关系。可用γ强化的单晶高温合金蠕变－疲劳交互作用机制对此作出解释。     

饱和软粘土不排水循环加载作用下蠕变特性的研究

为了探讨珠江三角洲的饱和软粘土在交通行车荷载作用下的变形特性,在K0固结状态下进行了一系列不排水的单向循环加载蠕变试验。研究表明：根据循环荷载的大小,饱和软粘土的累积变形可分为衰减型和破坏型;衰减型循环蠕变的累积应变速率与循环次数的关系可用幂函数来表示,引入相对偏应力水平参数,可考虑动偏应力、初始静偏力和围压的综合影响,累积应变速率与相对偏应力水平的关系可用指数函数来表示。基于流动理论,建立了珠江三角洲饱和软粘土的应变速率状态方程,该模型较好地表达了衰减型循环蠕变的应变速率—应力水平—循环次数关系。     

CMSX—3镍基单晶高温合金的蠕变—疲劳行为

对镍基单晶高温合金ＣＭＳＸ－３在９００℃、较高应力幅下进行蠕变－疲劳交互作用试验。结果表明，循环蠕变的保持时间显著地影响材料的断裂寿命和断裂应变；应变量与总保持时间有对应关系。可用γ＾１强化的单晶高温合金蠕变－疲劳交互作用机制对此作出解释。     

高塑性土蠕变破坏的新模型

提出一个新的表征高塑性土蠕变破坏的模型。基于常规三轴试验得到土的归一化特征曲线和三轴蠕变试验得到n值应力水平曲线后,可以预测任何应力水平下的蠕变破坏时间;并得出如下结论:土体存在一条归一化特征曲线来表征其直到峰值应力前的应力应变行为,该曲线能辅助确认蠕变试验中的峰值应力和临界应变;模型在双对数轴上是一条直线,其斜率为n值;且不同应力水平下n值基本相同,n值可被认为是土的黏土指标;任何应力水平下土体都可能蠕变破坏,只是所需的时间长短不同,土体蠕变破坏的依据是蠕变累积应变超过临界应变。     

考虑系数非定常性的成都黏土非线性蠕变本构模型

为了研究成都黏土蠕变规律,展开固结不排水三轴蠕变试验,分析了成都黏土变形的非线性特性及参数的非定常特性。结果表明：当应力小于黏土屈服强度时,蠕变以线性变形为主,包括瞬时弹性变形和黏弹性变形;当应力大于屈服强度时,蠕变以非线性变形为主,包括黏弹塑性变形,具有显著的非线性特性;蠕变过程中,黏土的弹性模量和黏滞系数均为应力和时间的函数,具有显著的非定常特性。结合元件模型理论和分数阶导数模型理论的优点,构建了考虑弹性模量和黏滞系数非定常特性的成都黏土非线性蠕变本构模型,并对模型进行了拟合验证分析,发现蠕变模型对蠕变各阶段的拟合度较高,充分发挥了元件模型和分数阶导数模型的优点,可以很好地反映成都黏土的蠕变全过程。     

冻融循环条件下粗粒料变形特性试验研究

为揭示粗粒料在冻融环境与复杂应力条件下的变形特性，采用大型三轴压缩试验与蠕变试验研究了粗粒料在不同冻融循环次数、围压与应力水平下的变形特性与蠕变特性。试验结果表明，未冻融粗粒料的应力-应变曲线为应变硬化型曲线，在试验围压100～600 kPa范围内粗粒料剪切过程中均表现为剪胀性；冻融循环后初始弹性模量与破坏应力均呈下降趋势，200 kPa围压时，初始弹性模量降低20%,破坏应力降低37%,600 kPa围压时，初始弹性模量降低5%,破坏应力降低25%;冻融循环后粗粒料轴向蠕变应变随时间的发展为衰减型蠕变规律，轴向蠕变应变随冻融循环次数和应力水平的增大而逐渐增大，8次冻融循环后轴向蠕变应变明显增大；应力水平影响下的粗粒料蠕变时间曲线可采用指数函数形式表达。     

黏塑性蠕变模型中屈服强度的确定方法

在岩石蠕变特性试验中,当施加的常应力达到一定程度后岩石将发生黏塑性变形,一般用屈服强度判断岩石是否发生黏塑性变形,与弹塑性理论不同,在黏塑性蠕变模型中,屈服强度并不是定值,而是随蠕变时间增长逐渐减小,确定蠕变过程中准确的屈服强度对黏塑性变形计算有重要的影响.首先,通过等时曲线法确定岩石长期强度的过程,对屈服强度随时间的变化规律及确定方法进行研究,阐明瞬时屈服强度与长期强度的关系;其次,把岩石全应力-应变曲线与蠕变等时曲线相结合,有效判断蠕变变形中是否发生黏塑性变形及黏塑性发生的时刻,推导出屈服强度随时间变化情况下的广义宾汉姆模型,结合不同类型岩石的蠕变试验结果,分析采用长期强度代替瞬时屈服强度产生的差值;最后,给出用岩石时效强度进行岩土工程设计的思路.研究成果有助于在蠕变模型中正确使用屈服强度,对蠕变模型研究具有一定的积极意义.     

基于蠕变试验的冻结红砂岩长期强度

人工冻结法以其独特的优势广泛应用于西部建井工程,因此研究岩石在冻结状态下强度特性尤其重要,基于冻结红砂岩蠕变试验,分别通过过渡蠕变法、等时应力-应变法、裂纹损伤应力法、稳态蠕变速率交点法得到冻结砂岩长期强度。结果表明：（1）通过过渡蠕变法可以得到冻结砂岩长期强度的取值范围,约为三轴压缩强度的45~65%左右;（2）体积应变等时曲线簇更加能够体现时间对岩石变形的关系,长期强度约为三轴压缩强度的48%左右;（3）稳态蠕变速率法能够较为简单的确定岩石长期强度,但因其方法本身具有一定的局限性,综合考虑三向蠕变速率,对其改进得到稳态蠕变速率交点法,可以更加精确反映砂岩强度,长期强度约为三轴压缩强度的49%左右;（4）引入裂纹体积应变计算方法,根据其与时间的关系得到裂纹体积应变等时曲线簇,得到的强度值与等时曲线法及其相近,因此裂纹损伤应力法也可作为确定岩石长期强度依据。将冻结红砂岩的长期强度作为监测冻结壁变形的标准,可为评价冻结壁蠕变诱发失稳破坏提供理论支撑和试验依据。     

用蠕变内应力预测高温管道残余寿命

用恒应变速率法测定高温管道蠕变内应力并预测其残余寿命,不管是以蠕变极限为失效准则,还是以持久强度为失效准则,都可获得令人满意的结果;而以蠕变极限为失效准则的蠕变内应力法与常规的以蠕变试验为基础的等温外推法相比,还具有试验时间短的优点。     

压力型锚杆锚固界面蠕变特性试验

在室内进行了自制压力型锚固试件的锚固界面拉拔蠕变试验,用应变仪测得了试件锚固段上各监测点的实时应变,给出了锚固界面蠕变曲线及各监测位置的等时荷载—应变曲线。对曲线特征分析得到:同一监测点位置应力越大,应变越大,且应变随时间的增长逐渐增大;加载过程中锚固系统经历黏弹、黏塑和黏脱阶段后,最终沿锚固界面发生剪切拉拔破坏。     

绿片岩的单轴压缩各向异性蠕变试验研究

通过对锦屏二级水电站辅助交通洞的绿片岩单轴压缩蠕变特性试验,研究了轴向荷载方向与层理之间的不同关系对瞬时应变、应力应变关系、轴向应变速率、衰减蠕变持续时间和蠕变破坏机理的影响.研究结果表明:在相同低应力水平下,垂直于层理时的瞬时应变增量大于平行于层理时的瞬时应变增量,而在相同较高应力水平下垂直于层理时的瞬时应变增量小于平行于层理时的瞬时应变增量;同等应力水平条件下,垂直于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间均小于平行于层理时的轴向应变速率和衰减蠕变持续时间.同时,当轴向荷载垂直或者平行于层理时,应力应变关系曲线均出现了压密、弹性变形、裂纹扩展和峰后破坏阶段,且蠕变破坏类型均属于脆性破坏.     

含水状态下硬脆性泥页岩蠕变特性实验研究

对岩石进行不同含水率下三轴蠕变实验,试样在整个加载过程中,经历了衰减蠕变、等速蠕变和加速蠕变三个蠕变阶段。根据不同含水率岩样的等时应力应变曲线,可以看出泥页岩的蠕变是非线性的;并且随含水率和应力水平的提高,应力应变的非线性程度也增大。在相同的外载条件下,随着含水率的增加,泥页岩的蠕变变形增加、蠕变进入稳定阶段所需的时间越长;而岩石长期强度呈减小的趋势。说明对于泥页岩地层的钻井施工,需要考虑泥页岩的时效变形行为及流变效应。     

软岩的非线性蠕变模型及其稳定性分析

为了更明确地描述软岩蠕变过程与稳定性的对应关系；采用微分方程描述方法，建立了软岩全程应力应变过程中的非线性蠕变模型，分析了软岩的蠕变过程和对应阶段的稳定性，讨论了蠕变过程中模型参数的变化规律及其对应的稳定性；在不同的应力水平下，对应不同的蠕变过程。广义弹性摸量小于零时，对应第三阶段蠕变。在第二、三阶段蠕变，系统状态均是非稳定的。利用软岩在第三阶段蠕变的对应加速蠕变特性，可为预测、预报系统的失稳现象提供理论依据。