航空高溫材料三維蠕變斷裂研究.pdf

1、在航空航天，化工和電力等工業(yè)領域中，高溫下服役構件發(fā)生斷裂失效的事故常有報道。失效分析表明高溫構件的失效與構件中存在的裂紋缺陷有直接的關系，并且多數(shù)是由于蠕變導致的裂紋擴展引起失效。自20世紀七八十年代起，人們對二維蠕變斷裂力學進行了廣泛的研究，在此基礎上，建立了較完善的高溫結構設計準則。然而，實際構件往往加載和結構形狀等比較復雜，且裂紋尖端局部呈現(xiàn)出強烈的三維效應。因此，建立在二維蠕變理論基礎之上的傳統(tǒng)蠕變斷裂力學無法滿足更高的安全性

2、和可靠性設計要求。雖然針對三維蠕變斷裂力學的數(shù)值和實驗研究已經(jīng)較多，也提出了一些修正三維局部場的方法，但是并未揭示其與二維問題的本質(zhì)差別。面對這種形式，本文對含有裂紋的三維蠕變斷裂問題進行了理論和數(shù)值研究，主要包括以下內(nèi)容：
　　 1.求得了三維蠕變裂紋尖端應力場的奇異性結構，推導了三維裂紋控制方程，并對裂端局部場做了定量求解。給出了裂紋尖端應力、應變率和位移率的奇異性和角分部隨三軸應力約束Tz的變化規(guī)律，并利用計算機編程語言C

3、++將計算過程編成了軟件。
　　 2.基于有限元法建立了含有單邊穿透厚度直裂紋的有限厚度板模型，并求出了裂紋前沿的雙參數(shù)C*和Tz的分布，提出C*-Tz雙參數(shù)更準確地描述穩(wěn)態(tài)蠕變裂紋端部場。
　　 3.結合三維蠕變斷裂場的上述理論分析、數(shù)值分析和材料高溫蠕變斷裂的實驗結果，對三維蠕變裂紋穩(wěn)定擴展進行了初步研究。分析了單參數(shù)蠕變斷裂準則的不足，建立了三維蠕變裂紋穩(wěn)定擴展的雙參數(shù)斷裂準則 C*-T-B，并通過對已有實驗數(shù)據(jù)的