TENSILE CREEP DEFORMATION AND DAMAGE BEHAVIOR IN A NICKEL-BASE SUPERALLOY AT 900℃

The tensile creep deformation and damage evolution in a Ni-base superalloy at 900℃/170MPa were investigated. At the first creep stage, abnormal creep occured due to the resolution of fine particles, and the deformation initiated from grain boundary areas. It is evident that nearly all of the dislocations were in γ matrix channels in form of dislocation pairs and the dislocations were impeded at γ/γ' interfaces, thus the dislocation networks developed deformation. At the steady creep stage, impeded dislocations atγ/γ' interfaces climbed over γ' phases by diffusion-dominant mechanism. At the last creep stage, voids were formed around carbides at grain boundary which leaded to accumulated damage and caused creep rate accelerated. With the dislocation networks being broken, the voids connected and grew into micro-cracks gradually. Finally the cracks propagated along grain boundary area and resulted in failure.

5.5Al-AFA耐热钢高温蠕变行为研究

面向超超临界发电机组用钢,设计、制备了5.5Al-AFA耐热钢材料,基于不同加载应力条件的蠕变实验与微观组织分析,研究了该耐热钢的蠕变特征与蠕变损伤机理。结果表明,该耐热钢具有典型金属材料的蠕变特征,加载应力对蠕变断裂时间影响显著,在温度为750℃、加载应力为120和250 MPa下的蠕变断裂寿命分别为1711和1.5 h,材料表观应力指数达5.18,蠕变机制为位错攀移,蠕变激活能为418.44 kJ·mol^(-1)。蠕变过程中析出的脆性σ-FeCr相导致应力集中与材料断裂,失效形式为微孔密集型韧性断裂。

损伤混凝土结构的长期变形与力学性能研究综述

混凝土结构在服役过程中会受到复杂的环境与荷载作用,这些复杂荷载作用会使结构产生损伤,不仅会引起结构的内力重分布,还会导致结构构件的抗力性能劣化,增大结构的长期变形,带来一系列结构安全问题。现有关于混凝土结构长期变形的研究,大多以徐变为主要考察对象,较少考虑其他环境及荷载作用,对耦合作用下不同损伤的混凝土结构的长期变形规律、力学性能退化研究尚不充分。为此,梳理了损伤混凝土结构长期变形的相关研究,分别对环境侵蚀作用、循环荷载作用与复杂荷载作用下,混凝土结构的长期变形与力学性能研究进行了分析与评价,最后提出需要完善的内容和发展趋势。

持续荷载作用下疲劳损伤混凝土梁的变形性能分析

为明确往复荷载和持载作用下混凝土梁变形的发展规律,本文通过弯曲疲劳加载引入疲劳损伤后采用堆载法对4根梁进行堆载徐变试验,研究疲劳损伤对梁受压区混凝土的徐变发展规律和持续荷载作用下梁变形性能的影响。研究结果表明:相较于无损梁,疲劳损伤梁受拉区混凝土最大裂缝宽度、受压区混凝土总应变和总挠度更大,且在堆载作用下的发展速率更快,随着疲劳损伤程度的增大,各指标也有增大的趋势;疲劳作用促进了混凝土微裂缝的产生和发展,提前并加速了梁徐变变形的发展,导致前期疲劳加载就已产生了部分徐变应变和徐变挠度;基于试验结果建立了疲劳损伤梁受压区混凝土总徐变应变和梁徐变挠度计算模型,发现疲劳循环寿命比为0.025、0.15和0.60时的疲劳残余挠度分别相当于无损梁128、800和1180 d的徐变挠度。

抽水蓄能电站蚀变岩力学特征及工程性能研究

蚀变岩体的存在对抽水蓄能电站工程岩体的稳定性有重要影响。通过室内压缩试验、剪切试验、蠕变试验、渗透试验及现场饱和剪切试验、干湿循环剪切试验等手段,分析了不同蚀变程度岩体力学特征。试验结果表明:强蚀变、弱蚀变、微蚀变岩体饱和抗压强度平均值分别为为0.2、37.9、71.8 MPa,其工程性状分别和残坡积风化物、强风化、弱风化等岩体相似;弱蚀变岩体由于矿物颗粒较粗,其内摩擦角43.10°~46.55°,比微蚀变内摩擦角39.2°~42.8°,有一定程度的增加;在抗渗透变形破坏方面,强蚀变岩体重塑样的临界渗透破坏坡降在5.356~9.773,具有碎石、砂土等渗透变形破坏特征;强蚀变岩体具有蠕变效应,强度随时间存在降低;强蚀变岩体水理化特征较明显,干湿循环后,抗剪强度出现降低0%~6%。基于蚀变岩体工程力学性能特征,建立了蚀变岩体的工程性能分级量化指标,研究成果对工程处置具有较好的指导意义。

改进的岩石非线性黏弹塑性蠕变模型及其硬化黏滞系数的修正

基于蠕变过程中的硬化-损伤机制,在对江西东乡铜矿砂质页岩单轴循环加卸载蠕变试验数据分析过程中,提出硬化-损伤效应的时效机制,并基于此对高应力条件下衰减蠕变阶段的黏滞系数(硬化黏滞系数)进行修正;结合定常蠕变阶段的损伤蠕变机制,提出高应力条件下岩石损伤效应的累积-扩散机理,并据此引入以累积损伤蠕变量为判定准则的加速蠕变触发模型(非线性蠕变体)描述岩石的不稳定蠕变特征。在此基础上,引入瞬时塑性元件,与虎克体和黏弹塑性体串联,建立了一个能够完整描述岩石蠕变全过程的非线性黏弹塑性蠕变模型。试验曲线与模型曲线较吻合,说明对高应力下硬化黏滞系数修正的必要性,改进非线性蠕变体的正确性与合理性。

DZ125镍基合金的显微组织与蠕变行为

通过蠕变性能测试及组织形貌观察,研究DZ125合金的高温蠕变行为。结果表明:经完全热处理后,合金在枝晶干/间区域存在明显的组织不均匀性,粗大γ′相存在于枝晶问,细小γ′相存在于枝晶干。蠕变初期合金中γ′相已转变成筏状结构,稳态蠕变期间合金的变形机制是位错攀移越过γ′相,其中,位错攀移期间,易形成位错的割阶,空位的形成和扩散是位错攀移的控制环节。而蠕变后期合金的变形机制是位错在基体中滑移和剪切进入筏状γ′相。在高温蠕变后期,合金中裂纹首先在晶界处萌生与扩展,且不同形态晶界具有不同的损伤特征,其中,沿应力轴成45°角晶界承受蠕变损伤的较大剪切应力可使其发生较大几率的蠕变损伤;而加入的元素Hf促进细小粒状相沿晶界的析出,可抑制晶界滑移,提高晶界强度,是合金蠕变断裂后晶界呈现非光滑表面的主要原因。

基于Lemaitre原理改进砂岩蠕变损伤模型研究

以煤矿巷道围岩(砂岩)为研究对象,采用MTS815.02岩石力学试验系统,对流固耦合蠕变过程中孔隙水压力作用机制展开研究,以伯格斯模型为基础,基于Lemaitre原理建立改进的伯格斯非线性蠕变损伤模型,可以得到如下主要结论:当围压越大,岩石蠕变最后一级荷载作用持续时间越长,相对经历衰减蠕变和稳定蠕变时间越长;且由最终一级破坏蠕变变形值可知,孔隙水压较小时,蠕变变形量相对较大,此时围压增大提升了岩石延性特性,但是孔隙水压增大却削弱了围压作用,由于孔隙水压使得岩石力学性能劣化,因而减少了岩石在破坏时蠕变变形量;随后基于Lemaitre原理建立的伯格斯非线性损伤蠕变模型,可以较好地描述岩石的衰减蠕变、稳定蠕变与加速蠕变阶段;且试验曲线与拟合曲线吻合度高,验证了本文所建立损伤流变模型的合理性.

固溶温度对一种定向凝固镍基合金中温蠕变性能的影响

通过对一种定向凝固合金进行不同温度的固溶处理、蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了固溶温度对枝晶臂/间区域的成分偏析及持久性能的影响。结果表明:经1230℃固溶及时效处理后,合金在枝晶干/间区域存在明显的成分偏析和组织不均匀性,粗大γ'相存在于枝晶间区域,细小γ'相存在于枝晶干区域,碳化物呈条状分布在枝晶间区域。合金经1260℃固溶及时效处理后,可明显降低合金中元素的偏析程度,并消除了合金在枝晶间区域存在中的粗大γ'相,使高体积分数细小立方γ'相均匀分布在枝晶间和枝晶干区域,并有细小粒状碳化物沿晶界析出,抑制晶界滑移,因此,可大幅度改善合金的中温蠕变性能。合金在中温蠕变期间的变形特征是位错在基体中滑移和剪切γ'相,并在γ'/γ两相界面形成位错网。蠕变后期,由于沿与应力轴呈45!角的晶界承受载荷的最大剪切应力,故裂纹易于在与应力轴呈45!角的倾斜晶界处萌生与扩展。

岩石单轴压缩蠕变损伤本构模型

准确预测岩石蠕变行为对岩石力学与工程的研究具有非常重要的意义。首先对岩石蠕变机理及典型蠕变曲线进行了分析,其次通过在经典岩石蠕变模型如J体模型的基础上引入损伤理论及Kachanov损伤演化定律,进而建立了一个新的岩石蠕变损伤本构模型。第三,对模型参数的确定方法进行了详细的研究。最后,引用其他学者所开展的不同轴压下岩石单轴压缩蠕变试验对该模型的合理性进行了验证。可以发现本文所提出的模型不仅能够很好地预测岩石的稳定蠕变阶段,而且还能预测经典模型所不能反映的岩石加速蠕变变形。结果表明损伤理论能够很好地反映岩石的蠕变破坏机理,为了能够准确模拟岩石蠕变变形全过程,在经典的J体模型中引入损伤因子是很有必要的。

基于塑性扩张的岩石变参数蠕变损伤模型与工程应用

为研究岩石蠕变损伤过程与围岩塑性区扩展之间的内在联系,建立基于塑性扩张的变参数蠕变损伤模型（BNMC模型）,该模型认为岩石塑性屈服面随蠕变时间动态变化,在σ-τ空间内,强度包络线随蠕变时间的增加而逐渐内移。采用线性插值法对该模型各蠕变参数进行处理,获得任意连续偏应力水平对应的蠕变模型参数,从而实现BNMC模型的数值化。采用该模型对金川二矿区-1 098 m水平中段下盘运输巷的蠕变变形进行数值模拟,对比研究未支护裸巷和喷锚支护巷道的蠕变变形规律。研究发现,未支护裸巷围岩塑性区边界不是一成不变的,而是随时间的发展,塑性区边界逐渐向外扩张,围岩承载力逐渐下降,从而导致围岩加速蠕变显现,巷道蠕变失稳;通过对喷锚支护巷道的蠕变数值模拟结果和多点位移计实测结果的对比,发现数值模拟曲线与实测曲线在走势上基本吻合,但在量值上实测蠕变位移值要略大于数值模拟结果;由于支护与围岩的相互作用,支护在一定程度上改变了围岩的偏应力状态和位移,阻止了围岩塑性区边界扩张,喷锚支护巷道在0-200 d的蠕变计算时段内,未呈现出加速蠕变性态。

基于压痕蠕变试验的TA2蠕变特性及变形规律分析

随着TA2在化工、海洋、电力等领域中的广泛应用,合理评价其蠕变变形对于相关设备的安全稳定运行具有重要的意义。为了探究TA2蠕变行为,开展不同条件下的平头压痕蠕变试验研究,分析TA2压痕蠕变变形特性,并探究蠕变损伤对TA2变形规律的影响。结果表明:从20到300℃,TA2均出现显著的压痕蠕变变形。随着温度或载荷的升高,蠕变变形速率逐步增大,蠕变变形在整体变形中占比更大。在低载荷条件下,TA2蠕变变形并不显著,但是随着温度的上升,产生显著压痕蠕变变形所需载荷会逐步下降。幂律方程可以较好地描述TA2压痕蠕变变形的第一阶段,且系数a具有显著的蠕变相关性。随着蠕变载荷、温度的升高,系数a逐步上升;而相比于新材料,相同条件下的蠕变损伤材料蠕变变形更小,a更小。以此为基础,建立拟合参数与蠕变参数之间的关系。当蠕变变形较大时,压头下方的试样微观组织存在明显的区域性变化。在距离压头下方约0.15~0.50 mm处,材料硬度上升,晶粒显著变形并呈半球形分布;相似的,在上表面的接触边界区域也呈现硬度上升规律。

焊接结构拉伸强度及蠕变性能的小冲孔评价研究进展

作为一种微试样试验技术,小冲孔试验不仅试样体积微小,适用于复杂结构局部性能的分析,而且能够满足不同温度及介质环境下的材料力学性能试验要求。近年来,在材料蠕变性能、拉伸性能、断裂性能评价等方面都受到了学者们广泛关注。随着小冲孔试验技术的快速发展,如何利用该技术实现焊接接头性能的准确评价成为了亟待解决的问题。本文针对焊接接头拉伸强度及蠕变性能的小冲孔评价研究进展进行了综述,阐述了小冲孔试验技术在不同焊接结构中的应用,并总结了焊接接头拉伸强度(屈服强度、抗拉强度、断后延伸率)的小冲孔评价方法以及高温条件下焊接材料蠕变应力、应变参数与小冲孔蠕变参量之间的关系,分析了目前研究中的难题,进而对小冲孔试验技术评价焊接结构性能的研究前景进行了展望,以期为相关技术的进一步发展提供参考。

考虑损伤的蠕变问题的变形场与损伤场

本文研究了考虑损伤的蠕变介质的变形场与损伤场的解。求得了下列三个问题的新解:(1)考虑损伤的指数律蠕变材料在小损伤条件下的变形场与损伤场;(2)幂律蠕变材料在大损伤条件下的裂纹尖端场;(3)全耦合蠕变损伤的圆柱扭转问题的变形场与损伤场,这三个新解均可用解析的形式表达。

基于多损伤参量的P92钢蠕变变形模拟

在连续损伤力学框架内,采用2种损伤状态变量模型来描述P92钢在650℃下的软化、损伤的起始及扩展机制.在分析连续损伤方程及已有的相关蠕变试验数据的基础上,提出了蠕变连续损伤方程参数的确定方法并得到650℃下P92钢蠕变连续损伤方程.结果表明:通过蠕变试验数据得到的损伤参量确定的蠕变连续损伤方程,可以很好地模拟P92钢在650℃下的蠕变变形,多损伤参量连续损伤方程也可以很好地外推至其他应力水平.基于多损伤参量的连续损伤方程可以从非弹性应变速率、内应力及微观结构的演化行为方面对蠕变变形进行较好地描述,具有工程使用价值.

PMMA蠕变银纹的分形维数演化

通过面积转换,修正了有限变形条件下的分形维数,并证明在应变小于10%的条件下,面积变化对分形维数的影响很小。通过蠕变试验,采集了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在不同应力和不同时间下的蠕变银纹图像,并用盒维法计算了其分形维数。试验证明,蠕变银纹引发的应力阈值随时间的增长呈指数关系降低,并最终趋于常数;蠕变银纹的分形维数与应力呈线性关系,与时间呈指数关系;在达到应力阈值的瞬间,能产生大量银纹,导致银纹的分形维数产生阶跃。根据实验结果,建立了蠕变银纹的分形维数与应力、时间的关系式。

复合多聚磷酸改性沥青混合料高温蠕变特性与本构关系研究

为了研究复合多聚磷酸(PPA)改性沥青混合料的高温蠕变特性,采用三轴重复蠕变恢复试验,根据竖向永久变形、应变速率和流动指数指标,对比分析了不同条件下SBS改性沥青混合料与PPA+SBS复合改性沥青混合料高温蠕变特性;综合运用黏弹塑性力学和损伤力学理论,建立了重复荷载作用下沥青混合料竖向永久变形的蠕变损伤力学模型。研究结果表明:在不同温度和应力水平下,PPA+SBS复合改性沥青混合料竖向永久变形和应变速率均小于SBS改性沥青混合料,但其流动指数却远大于SBS改性沥青混合料;将Burgers模型中串联的黏壶替换为黏塑性元件所形成的损伤本构模型,可以全面反映沥青混合料三阶段的竖向永久变形特性。

考虑初始损伤和蠕变损伤的岩石蠕变全过程本构模型

考虑到天然岩石存在不同程度初始损伤以及蠕变过程中岩石受载后裂隙扩展而导致的新损伤,对具有初始损伤的岩石蠕变特性进行全面描述。根据不闭合结构面应力与法向变形之间的关系,提出裂隙岩石塑性变形体元件,描述岩石蠕变过程中的瞬时塑性变形。引入初始损伤影响因子,建立具有初始损伤的岩石损伤变量演化方程,构建模拟岩石加速蠕变的蠕变损伤体元件。将裂隙岩石塑性变形体和蠕变损伤体与描述瞬时弹性变形和黏弹性变形的广义开尔文模型进行串联组合,形成能够反映具有初始损伤的岩石瞬时弹-塑性变形、稳定蠕变和加速蠕变的蠕变全过程本构模型,提出了进行少量蠕变试验既能解析模型参数的方法,在不同应力水平下模型理论曲线与蠕变试验曲线吻合。

圆轴拉扭组合大变形的损伤耦合效应

由Ｄｙｓｏｎ等建立的计算模型，根据塑性损伤演变方程和蠕变损伤演变方程及本构方程推导出圆轴拉扭组合变形问题在大变形条件下的损伤演变方程．

一种GH4169镍基合金的组织结构与蠕变性能

通过对一种等温锻造GH4169镍基合金进行直接时效处理,蠕变性能测试及组织形貌观察,研究了该合金的组织结构与蠕变行为。结果表明,GH4169合金的组织结构由γ基体,γ′相、γ″相和δ相组成,且各相之间保持共格界面。测定出合金在660℃/700MPa条件下的蠕变寿命为123h。合金在680℃/700MPa的蠕变寿命为39h,在实验温度和应力范围内,计算出直接时效合金的蠕变激活能为588.0kJ/mol。合金在蠕变期间的变形机制是位错滑移和孪晶变形,其中,沿晶界析出的粒状碳化物,可抑制晶界滑移,是使合金具有较好蠕变抗力的主要原因。随蠕变进行,开动的滑移系中位错运动至晶界受阻,并塞积于该区域引起应力集中,当应力集中值大于晶界的结合强度时,可促使其在与应力轴垂直的晶界处发生裂纹的萌生与扩展,直至断裂,是合金在蠕变期间的断裂机制。