小型冲压蠕变试验方法研究

《小型冲压蠕变试验方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、武汉理工大学博士学位论文摘要小型冲压蠕变试验技术是一种采用微小试样评价材料的高温蠕变性能的新方法，该方法具有几乎无损取样的优势，菲常适用于无法取出传统试样或取样不经济的场合，将是未来对服役材料进行失效预测与寿命评估的重要方法，在核工业、航空航天、电力、石油化工等领域中具有广阔的应用前景。本文针对小型冲压蠕变试验技术目前存在的问题展开了基础理论、数值模拟和试验应用三方面的研究，主要工作和结论如下：在理论研究方面，本文首先采用薄板弯曲蠕变模型，推导了试样中心挠度率与外载荷的关系式，建立了材料蠕变应力指数的计算公式和评价方法；然后采用

2、薄膜拉伸模型，依据几何关系推导了试样中心挠度与等效应变、载荷与等效应力的关系，建立了小型冲压蠕变试验与传统单轴拉伸蠕变实验结果之间的关联性。在数值模拟研究方面，本文首先建立了小型冲压蠕变试验的有限元模型并通过与实验结果的比较验证了模型的正确性；然后基于数值模拟得到的试样中心挠度率，结合外载荷计算得到了12CrlMov钢和含Cr9％的钨合金钢的蠕变应力指数，通过与输入参数的比较验证了材料蠕变应力指数理论公式的有效性；进一步通过对试样变形、应力和应交状态的分析，讨论了小型冲压蠕变试验有效的机理；最后，研究了冲压球与试样间的摩擦系数、

3、试样厚度、冲压球直径和下模孔直径等因素对试样中心挠度、等效蠕变应变、等效应力、最小挠度率以及断裂时间的影响。分析结果表明，摩擦对试验结果的影响较小，可忽略不计，而试样厚度、冲压球直径和下模孔直径的改变对试验结果的影响都很大，因此，在进行小型冲压蠕变试验时应确保试样和模具几何尺寸的加工精度。在试验应用研究方面，本文首先对SUS304不锈钢在600℃温度下进行了系列小型冲压蠕变试验，获得了试样中心挠度一时间曲线，该曲线与传统单轴蠕变实验的蠕交曲线非常相似。利用本文建立的蠕变应力指数理论公式和实验结果，得到$US304材料的蠕变应力指

4、数n=8．058，与单轴拉伸蠕变实验得到的n值(8．29r7)基本一致，相对误差为2．9％。这一实验结果表明：采用小型冲压蠕变试验方法和本文建立的理论公式，可以获得与传统单轴实验有良好一致性的蠕变应力指数。本文进一步将小型冲压蠕变试验进行推广，首次对陶瓷材料(多孔Si3N4陶瓷)和陶瓷／金属复合材料(Si3N4小i)进行了小型冲压蠕变试验，发现多孔Si3N4陶瓷和Si3N4／Ni复合材料在一定的温度下都有非常明显的蠕变现武汉理工大学博士学位论文象，与金属材料的挠度曲线不同，多孔Si3N4陶瓷和Si3N州i复合材料试样中心挠度曲线

5、的第一、第二阶段分界并不明显。利用本文建立的理论公式，多孔Si3N4陶瓷和Si3N4／Ni复合材料的蠕变应力指数分别为5．19和2．1。本文通过理论研究建立了材料蠕变应力指数的计算公式以及小型冲压蠕变试验与传统单轴拉伸蠕变实验数据之间的关联性，奠定了小型冲压蠕变试验的理论基础。通过数值模拟研究验证了理论公式的有效性，并讨论了小型冲压蠕变试验有效的机理及各影响因素对实验结果的影响。在实验研究中应用本文建立的理论公式获得了金属材料、陶瓷材料和金属／陶瓷复合材料的蠕变应力指数。本文的研究成果表明，采用小型冲压蠕变试验法测试材料的蠕变性

6、能参数是一种有效、方便和可靠的方法。关键词：小型冲压蠕变试验，蠕变应力指数，有限元，数值模拟U武汉理工大学博士学位论文ABSTRACrSmallPunchCrcep(SPC)testingtechniqueisanewteclmiquewhichisappliedtoevaluatethehightemperaturecreeppropertiesofmaterialsbyusingminiaturespecimen．Ithasadvantageofnearlynon-destructivesamplingandisverysu

7、itableforthesituationsinwhichtakingCOnventionalsampleisimpossibleoruneconomic．Itwillbeallimportantmethodtoforecastwhetherthematerialisinvalidandtoevaluatetheresiduallifeofservicedcomponentsinthefuture．Itwillbcappliedwidelyinmanyfieldsincludingnuclcnsindustry,avigatio

8、nandspaceflight,electricpowerandpetrochemistryindustryandsoon．AimedatpresentlyexistedissuesofSICtesting,theresearchhasfocusedonthre