基于连续性损伤理论对P91钢蠕变的损伤研究
2021-09-02邢迪雄王洪洲王进峰丁海民
中国工程机械学报 2021年4期
邢迪雄,王洪洲,王进峰,丁海民
(1.华北电力大学机械工程系,河北保定071003;2.华北电力大学工程训练中心,河北保定071003)
P91钢是高温承压部件的常见钢种,广泛地应用在火电厂发电、航空航天、化工工业等严酷的环境中。P91钢是在9Cr-1Mo钢基础上通过添加V、Nb和N元素得到的,具有比P22钢更优良的抗蠕变能力和高温强度,火电厂超(超)临界机组一般应用P91钢作为主蒸汽管道、高温再热器、过热器用钢等。
P91钢是一种新型的马氏体耐热钢,长期在高温高压的环境下服役,蠕变现象不可忽略。国内外的学者对蠕变开展了大量研究,一直无法给出精确的数学物理描述来阐述蠕变现象。损伤理论通过描述材料内部的损伤情况从而对构件进行评估,一般用损伤变量D表征材料的受损情况。Ogata等[1]对带有焊件的P91钢管进行了单轴和多轴蠕变下损伤特性的研究,同时应用损伤理论的方法对纵向焊管试样进行三维有限元蠕变分析,确定了试样的内应力和蠕变应变的分布,得到了蠕变间隙对蠕变损伤的影响。Guguloth等[2]对改性的9Cr-1Mo钢运用损伤理论描述了蠕变行为并且对微观结构演变进行了研究,通过扫描电子显微镜研究破裂试样的断裂表面形态,进一步阐明了蠕变破坏机制。Jing等[3]提出了一种基于连续介质损伤力学的蠕变-疲劳裂纹扩展模型,并对P91钢试样在625℃下裂纹扩展进行了数值分析,其结果与实验结果相一致。Sakai等[4]提出应用空洞生长的模型模拟P91钢焊管内压蠕变损伤,表征了纵向焊接管热影响区(Heat Affected Zone,HAZ)中蠕变损坏的演变过程,建议采用损伤的方法评估蠕变实验下HAZ中的蠕变损伤分布。……
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