ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程解析与讨论

ASME 2021版规范提供了316H不锈钢的高温蠕变本构方程。基于正确使用本构方程进行高温设备应变和蠕变损伤评价的目的,本文解析了其各项的物理意义,分析了其关键参数对温度和应力的敏感性,对比了其预测值与ASME规范等时应力应变曲线数据。结果表明:该本构方程由快速瞬态、瞬态和稳态蠕变项来描述蠕变第一、第二阶段,其适用性受蠕变第三阶段起始时间和应力范围的限制,同时方程中快速瞬态蠕变速率常数存在勘误;方程在1 000℉(华氏温度)下所得应变较规范等时应力应变曲线更大,致使应变预测结果相对保守。因此,在满足ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程适用性的前提下,可采用其评价高温设备在950、1 050、1 150℉下的结构完整性,而1 000℉下的相对保守。

GH3536镍基变形高温合金的应力松弛行为与蠕变本构方程

对GH3536高温合金在变形温度为650、750和850℃和初应力为150、200和250 MPa条件下进行了多组应力松弛试验,研究了温度和初应力对GH3536高温合金应力松弛行为和松弛极限的影响,分析了应力松弛行为的特点。采用三次延迟函数对试验获得的松弛曲线进行了拟合,推导出蠕变应变速率与应力的关系,并基于分段蠕变本构方程对蠕变应变速率-应力曲线进行了拟合,并确定了方程中的材料常数。将蠕变本构方程代入ABAQUS有限元软件中对GH3536高温合金的应力松弛过程进行了模拟。结果表明,模拟数据与试验数据吻合较好,表明建立的蠕变本构方程可很好地描述GH3536高温合金在相应条件下的应力松弛行为。

电缆用Al-Fe系铝合金导体材料的恒应力高温压缩蠕变行为

对电缆用Al-Fe系铝合金导体材料进行恒应力(63.6,72.6,78.3,84.7 MPa)高温(90℃)压缩蠕变试验,研究了压缩应力σ对稳态蠕变速率ε·的影响,建立了压缩蠕变本构方程,分析了压缩蠕变机制。结果表明:铝合金试样的稳态蠕变速率随着压缩应力的增加成倍增大;90℃下铝合金试样的蠕变本构方程为ε·=σ^(9.27)e^(-52.2),拟合曲线和试验结果的相关系数达0.9976;铝合金蠕变过程中存在门槛应力,其值为34.2 MPa,引入门槛应力对蠕变方程进行修正,修正方程计算所得稳态蠕变速率与试验值的相对误差为8%,证明模型准确,得到的真应力指数为5,说明电缆用Al-Fe系铝合金导体材料在90℃下的压缩蠕变行为是由位错攀移机制主导的第二相粒子强化类蠕变。

基于西原模型的变参数蠕变方程

岩石材料的蠕变具有明显的非线性特征,在蠕变模型中考虑蠕变参数随应力、时间等因素而变化是解决非线性蠕变问题的方法之一。试验已经证实,应力、时间及渗流等外部条件会引起岩石某些力学参数的改变,因此,将蠕变参数视为变量符合岩石材料的本质属性。以西原蠕变模型为基础,研究了各蠕变参数与应力及时间的关系。根据试验结果,通过非线性最小二乘法从蠕变试验数据中求出不同应力作用下不同时刻的各个蠕变参数,再根据参数随应力、时间的分布规律经非线性拟合得到各蠕变参数与应力及时间的表达式,进而可得到变参数的蠕变方程。蠕变参数的变化是岩石非线性特征的充分体现,从损伤力学的角度来讲,蠕变参数的变化反映了岩石内部损伤不断加剧、累积,材料特性不断劣化的演变过程。

三峡泄滩滑坡滑动带土的改进Singh-Mitchell蠕变方程

进行了三峡泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究,在此基础上给出了该滑动带土的 Singh-Mitchell 蠕变方程,即剪应力-应变关系采用指数函数,应变-时间关系采用幂函数来描述土体的流变性质。并根据分段拟合的思想,提出了改进的 Singh-Mitchell 蠕变方程,即在应变-时间幂函数中使用不同的幂值λ ,来分别模拟滑动带土的衰减、匀速和恒定蠕变。通过对比可知,改进 Singh-Mitchell 蠕变方程较 Singh-Mitchell 蠕变方程能更好地模拟流变性较小的滑动带粘土。

三峡泄滩滑坡滑动带土的Singh-mitchell蠕变方程

三峡古滑坡的变形和长期稳定的控制性因素在于滑动带土的力学特性的强度损伤积累和时间效应。为了滑坡建模和稳定数值分析的需要,进行了泄滩滑坡体滑动带土的三轴排水蠕变试验研究,给出了排水条件下粘性土的Singh mitchell蠕变方程,其中应力-应变关系采用指数函数,应变-时间关系采用幂函数。该方程参数少,能够较好的拟合试验曲线。

2124铝合金蠕变时效本构方程

在185℃下,对2124铝合金试样进行了200、225和250MPa 3种应力水平下的多组单轴拉伸蠕变时效实验,发现在恒定温度下,实验应力越大,时效时间越长,蠕变行为就越明显;根据蠕变理论和实验曲线,建立了2124铝合金在185℃及不同应力水平下的本构方程;利用SPSS和Origin软件,得到了蠕变本构方程中的常数。蠕变实验数据点和拟合曲线的比较说明,所得的本构方程能较好地描述2124铝合金在185℃及不同应力条件下的蠕变行为.

2524铝合金的蠕变时效行为及本构方程

通过在电子蠕变试验机上进行蠕变时效试验,研究了2524铝合金在时效温度为453～473K、试验应力为140～210MPa条件下的蠕变时效行为;采用包含双曲正弦函数的方程,通过对试验数据的线性回归分析,建立了2524铝合金稳态蠕变速率与试验应力及时效温度之间的关联本构模型。结果表明:随着试验应力增大和时效温度升高,2524铝合金的稳态蠕变速率增大,且蠕变曲线在第二阶段持续的时间缩短;依据本构方程计算出该铝合金在各条件下的稳态蠕变速率的数值和试验值的平均相对误差为6.9%,该本构方程可为2524铝合金蠕变时效成形工艺的制定提供依据。

Hastelloy C-276合金应力松弛试验及蠕变本构方程

对Hastelloy C-276合金分别在不同的温度(750、800、850和900℃)和相应的初始应力(250、250、250和200 MPa)条件下进行了多组应力松弛试验。利用试验测得的应力松弛曲线推导出应力松弛过程中蠕变应变速率与应力之间的关系,建立用于描述Hastelloy C-276合金应力松弛行为的蠕变本构方程,通过对蠕变应变速率—应力曲线进行拟合,得到各温度下蠕变本构方程中的材料常数。将蠕变本构方程带入有限元软件MSC.Marc对Hastelloy C-276合金的应力松弛过程进行模拟,模拟得到的应力松弛曲线与试验测得的应力松弛曲线符合得很好,验证蠕变本构方程的可靠性。

岩石粘弹性非定常蠕变方程的参数辨识

近年来,由于力学试验手段和技术的迅速发展,岩石的流变试验的研究也取得了极大的进展。在此基础上,不少学者开始着手探索基于试验结果分析来建立非线性的粘弹性本构模型。作者在页岩蠕变试验数据的基础上,分析了岩石粘弹性变形随应力水平不同和时间发展的变化规律。从元件型本构方程出发验证引入非定常参数的必要性。建立了一维情况下非定常粘弹性模型的蠕变方程,通过理论计算结果与试验结果的对比,发现非定常粘弹性模型比定常粘弹性模型更为准确的反映了岩石的粘弹性变形性能。

SnCu钎焊接头稳态蠕变本构方程建立

以搭接面积为1mm^2微型单搭接钎焊接头为研究对象，采用新型高温蠕变测试装置，测定了SnCu钎焊接头应力指数n和蠕变激活能Q，构建了稳态蠕变本构方程，探讨了蠕变变形机制。结果表明，在低温高应力下，SnCu共晶钎料钎焊接头应力指数为8．73，激活能在59．1～63．2kJ／mol，位错攀移运动主要受位错管道扩散机制控制；在高温低应力区，SnCu共晶钎料钎焊接头应力指数为6．45，激活能在88．4～97．5kJ／mol，位错攀移运动主要由晶格自扩散机制控制。

蠕变持久统一方程

建立了一种蠕变持久统一方程和热强参数统一方程 ,它不但将目前常用的拉森 -米勒 (L - M)方程、葛 -唐吾(G- D)方程、曼森 -索柯普 (M- S)方程和曼森 -哈弗特 (M- H)方程统一表达为一个方程 ,而且还能很好地表征工程中许多用上述四种方程无法描述的材料蠕变断裂时间、应力和温度之间的关系。所以 ,与现行规范中推荐的这四种蠕变持久方程相比 ,统一方程具有对试验数据的拟合精度高、适用性强等优点。

蠕变损伤统一本构方程的特性分析及优化

利用单调性分析方法对蠕变损伤统一本构方程进行了分析 ,得到了本构方程的单调特性。在此基础上 ,讨论了利用传统优化方法求解失败的原因 ,并用进化规划对这一问题进行了求解 ,取得了很好的效果。

蠕变损伤本构方程的优化特性

研究了蠕变损伤统一本构方程优化模型的特性,分析了传统的基于沿搜索方向进行迭代的优化方法失败的原因,指出了适合求解这类问题的优化方法应具有的性质。最后用进化规划对这一问题进行了求解,取得了很好的效果,所得结论对同类问题有一定的指导作用。

岩石的封闭应力、蠕变和扩容及本构方程

以火成岩、变质岩和某些沉积岩的多种矿物和多晶体结构为基础,本文对岩石的变形特性做了微观流变分析,此外还考虑了砂岩类岩石的多颗粒结构.对岩石形成和构造运动的历史也做了适当的考虑. 文中给出并分析了宜昌砂岩的扭转蠕变试验结果,并介绍了一种新的试验方法:这种方法是对岩石样品施加一个阶梯状加载函数并量测其变形随时间的变化.采取这种方式,只需在一个样品上进行试验,就可以很容易地得出蠕变与应力及时间的函数关系.从一些典型的试验结果入手,就“封闭”应力的起源和形成提出了一种假说,并研究了内应变能的释放.论述了这些应力包裹体(Stress pockets)在实际中的重要性,并着重指出:“蠕变和封闭应力是岩石性状中的两个基本因素,在实践中必须仔细地加以研究. 在实验结果和物理推理的基础上,建立了本构方程;它们是Griggs的实验方程γ=a+blogt+ct的三维推广.在所建立的本构方程中,各材料参数都是应力不变量的标量函数.

腰椎L_4松质骨应力松弛蠕变方程

研究正常国人新鲜尸体腰椎L 4椎体松质骨的粘弹性力学性质,为临床提供生物力学参数。在Shimadzu AUTOGRAPH电子万能试验机上,对L4椎体松质骨试样进行应力松弛蠕变实验。得出了L4椎体应力松弛蠕变曲线,以三参数模型处理实验数据,得出应力松弛蠕变方程。结果表明:L4椎体7200s,应力松弛量为0.232MPa、蠕变量为0.271%。

63Sn37Pb钎焊接头稳态蠕变本构方程的建立

采用高温蠕变测试装置,以简化的Dorn公式为基础,对63Sn37Pb微型单搭接钎焊接头蠕变应变进行了测试,确定了应力指数、蠕变激活能以及相关常数。建立了63Sn37Pb钎焊接头稳态蠕变本构方程,描述了稳态蠕变速率与应力和温度相关性。结果表明,钎焊接头应力指数和激活能均低于钎料本身的应力指数和激活能,说明钎料本身蠕变行为并不能完全代表钎焊接头的蠕变行为。

海陆交互沉积土次固结试验与蠕变方程研究

海陆交互沉积土广泛分布于沿海地区,其力学性质较其他沉积土有所不同。针对大连海陆交互沉积土原状样,采用一维蠕变试验对黏性土的蠕变特性进行了研究。基于蠕变试验结果,建立了可以考虑沉积土主、次固结效应的蠕变方程。研究结果表明:该地区沉积土具有典型的非线性蠕变特性。随固结压力的增加,土体应变随之增大,稳定时间越长,主次固结分界点也愈加明显。沉积土属中等至高次压缩性土,次固结系数随固结时间的增加而减小,随固结压力的增加而增大。不同深度黏性土次固结系数与压缩指数的比值介于0.033~0.058之间,与Mesri结论相符。模型计算结果与试验结果吻合较好,表明蠕变方程适用于描述大连海陆交互沉积土的蠕变特性。

合金凝固过程的微分型本构方程及其蠕变与松弛特性

指出了加强合金凝固温区力学特性研究的工程意义；基于作者近来的实验研究结果及所提出的流变模型，进一步揭示了合金凝固过程相应的微分型本构方程及其蠕变与松驰特性。

变温粘弹性蠕变型本构方程

文中给出了变温蠕变曲线的概念，给出了由一组恒温蠕变曲线确定沿某一温度历史的变温蠕变曲线的方法，给出了终态温度等效蠕变曲线的概念，最后给出了粘弹性材料在变温下的蠕变型本构方程的一般形式．文中证明了热流变简单材料理论是本文理论的特例，揭示了热流变简单材料理论数学方法的物理意义．