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(lǐng)域中，高溫下服役構(gòu)件發(fā)生斷裂失效的事故常有報(bào)道。失效分析表明高溫構(gòu)件的失效與構(gòu)件中存在的裂紋缺陷有直接的關(guān)系，并且多數(shù)是由于蠕變導(dǎo)致的裂紋擴(kuò)展引起失效。自20世紀(jì)七八十年代起，人們對二維蠕變斷裂力學(xué)進(jìn)行了廣泛的研究，在此基礎(chǔ)上，建立了較完善的高溫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。然而，實(shí)際構(gòu)件往往加載和結(jié)構(gòu)形狀等比較復(fù)雜，且裂紋尖端局部呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的三維效應(yīng)。因此，建立在二維蠕變理論基礎(chǔ)之上的傳統(tǒng)蠕變斷裂力學(xué)無法滿足更高的安全性

2、和可靠性設(shè)計(jì)要求。雖然針對三維蠕變斷裂力學(xué)的數(shù)值和實(shí)驗(yàn)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(jìn)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(yīng)力場的奇異性結(jié)構(gòu)，推導(dǎo)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(yīng)力、應(yīng)變率和位移率的奇異性和角分部隨三軸應(yīng)力約束Tz的變化規(guī)律，并利用計(jì)算機(jī)編程語言C

3、++將計(jì)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(zhǔn)確地描述穩(wěn)態(tài)蠕變裂紋端部場。
　　 3.結(jié)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，對三維蠕變裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展進(jìn)行了初步研究。分析了單參數(shù)蠕變斷裂準(zhǔn)則的不足，建立了三維蠕變裂紋穩(wěn)定擴(kuò)展的雙參數(shù)斷裂準(zhǔn)則 C*-T-B，并通過對已有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的