移动界面异质材料的蠕变疲劳及损伤过程模拟

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1、大连理工大学硕士学位论文摘要计算机在材料科学领域的应用日益广泛，利用计算机对工程实际中移动界面异质材料服役时的组织分布、应力场和预期寿命进行数值模拟和计算，为材料检测及失效分析提供科学依据，对于最大限度发挥材料潜力、延长材料使用寿命和保证安全生产有着重要意义。本文通过对移动界面异质材料的典型实例一乙烯裂解炉管的典型工况的分析，针对HK40和HP两种不同材质的炉管，采用有限元法建立了炉管运行时渗碳、蠕交共同作用下的时变应力场模型，计算了不同服役时间时炉管的碳浓度、应力场及寿命分数。该模型可以用来分析炉管失效的原因，预测炉管的损伤程度

2、及剩余寿命，为炉管损伤分析和及时更换炉管提供科学依据。考虑到Fortran语言在科学计算中、VC++在可视化方面及OrIenGL在图形显示方面的显著优势，本文采用Fortran、vC++和openGL混合编程的方法对程序的后处理作了初步探讨。以图形的方式形象、直观的显示出炉管服役过程中任意时刻的碳浓度分布、应力场及寿命损伤分数。本文处理炉管损伤过程的计算模型，可以推广到具备此类性质的移动界面异质材料的计算中，为工业上众多的复杂服役情况下的异质材料的模拟开辟思路。本文混合编程方法的实现也为进一步完善程序奠定了基础。另外，此法还使得能

3、再次利用先前的科学研究中人们积累的大量成熟的Fortran程序，避免了重复编程和资源浪费，使其在现代的快速开发工具中再次焕发生机。关键词：移动界面异质材料乙烯裂解炉管蠕变疲劳数值模拟有限元堡翌堑璺茎堕翌翌塑堕竺鎏望些望望里堡堡丝——一NumericalsimulationofcreepandfatiguedamageforinterfacemovinggradedmaterialsAbstractComputersarewidelyusedinthefieldofmaterialsscience．Thenumencalsimula

4、tionandcalculationofmicrostructuredistribution，stressfieldandanticipativelifefortheinterfacemovinggradedmaterialsusedinindustrialengineeringaresignificanttoimprovethematerial’sworkinglifeandthesecurityofproduction．Itcarlofferthescientificevidenceforthedetectionofmater

5、ials’damage．．Basedontheanalysisofthetypicalserviceconditionoftherepresentativeofinterfacemovinggradedmaterials—theethylenecrackingtube，aFEMcalculationmodelofdamageofthetubeisestablishedundertheinteractionofcarburizationandcreep．Thecarbonconcentration，stressdistributio

6、nandcreepdamagefractionofHK40andHPsteelarecalculatedat173K．Thismodelcanbeusedtoanalyzethefailureandtopredictthedamageandtheresiduallifeofthetube．Itishelpfulforthetubeexchangingintime，ConsideringthewelluseofFortraninscientificcalculation．VC++invisualprogrammingandOpenG

7、Lingraphicshowing，thepilotstudyofmixed—languageprogrammingispracticedintheaftcrtreatmentprogram，Itcanvividlydisplaythecarbonconcentration，stressdistributionandthecreepdamagefractionofthetubeduringtheserviceprocessatdifferenttime．Themodelestablishedforthetubecanbeexten

8、dedtocalculatetheinterfacemovinggradedmaterialsthathavesimilarcharacter．Itprovidesamethodforthesimulationofgradedmaterialswo