探索载荷高温金属材料蠕变疲劳及三维裂纹

论文导读：
摘要：高温金属材料广泛运用于航空航天领域(如涡轮叶片、燃烧室等)、火力发电设备(如锅炉、蒸汽透平和发电机等)、内燃机(如排气阀、热发生器和烧嘴等)和原子能工业(如反应堆燃料包壳、高温气体炉(HTGR))等。虽然高温金属材料的制造技术已经很成熟,但是由于高温金属结构的工作环境极其恶劣,在长期的工作历程中往往会发生蠕变、疲劳从及两者的交互意义,最终在结构表面或内部产生裂纹,导致结构失效或破坏。高温金属结构的破坏通常会造成巨大的损失,本论文从此为背景进行探讨。本论文基于有限元技术,使用三维有限元软件ANSYS和ABAQUS等对高温金属试件的蠕变、疲劳等做了分析,并对含有椭圆表面裂纹的圆柱体和圆筒试件进行了断裂参数的模拟分析。通过分析,得到了含表面裂纹圆柱体试件的蠕变曲线和裂纹尖端应力场的分布状况；经过疲劳分析得到试棒的寿命分布状况从及疲劳损伤状况。对于圆柱体和圆筒表面椭圆裂纹,其应力强度因子和裂纹尺寸有很大联系。圆柱体表面椭圆裂纹的分布状况要比无限大体中的状况复杂的多。本论文还对热应力意义下的三维有限尺寸物体的断裂参数进行了分析,得到了不同裂纹尺寸下有限尺寸体随温度变化时的断裂参数值。关键词：高温金属论文蠕变论文疲劳论文热载荷论文裂纹论文
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Abstract5-8
1 绪论8-12

1.1 本课题的探讨背景及论述作用8-9

1.2 高温金属材料蠕变及裂纹分析探讨情况9-11

1.2.1 国外探讨状况9-10

1.2.2 国内探讨概况10-11

1.3 本论文主要工作11-12

2 蠕变论述12-26

2.1 蠕变现象12-14

2.2 蠕变本构联系14-17

2.3 蠕变变形机制17-20

2.4 蠕变断裂机理20-22

2.5 直杆拉伸的蠕变破坏论述22-26

3 基于ANSYS的蠕变数值模拟26-34

3.1 ANSYS蠕变模块介绍26-28

3.2 高温金属材料蠕变数值模拟28-34

3.

2.1 材料的选取28

3.

2.2 蠕变模型选取及参数确立28-29

3.

2.3 运用Graham蠕变模型进行数值模拟29-30

3.

2.4 计算结果分析30-34

4 基于ALGOR的疲劳分析34-47

4.1 疲劳寿命预测办法35-36

4.2 基于应力的疲劳分析办法36-38

4.

2.1 S-N曲线的定义36

4.

2.2 中值应力修正36-38

4.3 基于应变的疲劳分析办法38-42
4.

3.1 弹塑性材料数据38-39

4.

3.2 E-N曲线39-40

4.

3.3 Seeger算法40

4.

3.4 中值应力修正40-41

4.

3.5 疲劳分析的载荷41-42

4.4 光滑试棒疲劳数值模拟42-47

4.1 建立模型42-43

4.2 疲劳分析43-47

5 三维裂纹分析47-75

5.1 裂纹前缘的位移场和应力场48-50

5.2 J积分论述50-51

5.3 能量释放率G~*和应力强度因子51-52

5.4 T-stress论述52

5.5 均匀拉伸载荷下圆柱体表面裂纹分析52-61

5.1 建立模型53-54

5.2 裂纹前缘节点计算结果54-61

5.6 均匀拉伸载荷下圆筒表面裂纹分析61-66

5.7 热载荷意义下的裂纹分析66-75

5.7.1 热载荷意义下圆柱体表面裂纹分析68-70

5.7.2 热应力意义下圆筒外表面裂纹分析70-73

5.7.3 热应力意义下板表面裂纹分析73-75

结论75-76
参考文献76-79
攻读硕士学位期间发表学术论文状况79-80
致谢80-81