论文部分内容阅读
高温应力松弛是结构完整性理论中的重要内容,也是电站汽轮机法兰螺栓的主要失效形式,研究应力松弛力学行为具有重要的理论意义及工程价值。汽轮机汽缸法兰螺栓在周期性检修时通常会被再次紧固以保障其严密性。螺栓在紧固过程中受力及变形情况复杂,多次重复加载可能造成永久变形进而引发螺栓断裂。因此,研究重复紧固过程中高温螺栓应力松弛行为和变形之间的关系,准确地建立重复加载应力松弛行为的力学模型,对火电厂的安全设计与运行维修至关重要。本文以汽轮机高压缸法兰螺栓材料12Cr-1Mo-1W-1/4V(12CrMoV)、 1Cr-1/2Mo-1/4V(1CrMoV)以及镍基合金Nimonic 80A为研究对象,开展了高温单轴蠕变和单次加载应力松弛实验和特性研究。研究了蠕变和应力松弛之间的关系,建立了基于蠕变机理的应力松弛力学模型。引入蠕变损伤变量建立了应力松弛的损伤演化模型,并使用该模型对重复加载条件下应力松弛实验进行了验证,吻合较好。本文主要研究内容如下：(1)分析了金属蠕变与应力松弛之间的关系,通过微观组织的演变过程论述了金属蠕变与应力松弛第一、第二阶段的对应性；分析了高温螺栓材料12CrMoV钢和1 CrMoV钢在不同应力水平下蠕变与单次加载应力松弛特性以及周期性重复加载应力松弛的特性；完成了镍基合金Nimonic 80A螺栓螺母连接蠕变及重复加载蠕变实验。(2)根据高温材料应力松弛变形机理,引入连续损伤变量,基于Altenbach-Gorash-Naumenko(AGN)蠕变模型构建应力松弛损伤模型,引入抗松弛变量R,建立了重复加载下应力松弛损伤的修正模型。(3)提出了应力松弛模型各常数的确定方法,结合自适应步长的改进欧拉算法及微分进化算法,提出第一、第二阶段应力松弛模型常数的同时确定方法。(4)使用提出的修正应力松弛模型计算分析了镍基合金Nimonic 80A螺栓重复加载情况下力学行为,为汽轮机汽缸螺栓再紧固和初始应力的选择提供了理论依据。