含埋藏球型缺陷管道蠕变裂纹萌生的预测

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1、ＴＩＡＮＪＩＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ中国第—所现代大学Ｚ＊ＦＯＵＮＤＥＤＩＮ１８９５＾幕＇歌鲁邊＇：ｒ織－申Ｊｒ＾’’ｆ＾：ｆ里硕±学位论文．■ＳＢ３ＱＳ３３ＱＢＨＩＩ伊唐擧材料加工工程ｉ辜学科专业：；Ｉ作者姓名Ｍｖ纖指导教肺：荆洪阳教授ＩＩ天津大對开究生院．Ｉ．＿＇．．‘‘２０１５年５月：皆６叫編－—１；，＾－麵；康Ｌ：—細—夏心．‘＇３．独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的，除了文中特别加Ｗ标注和致谢么处外研究成果，论文中不包

2、含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其化教育机构的学位或证一？书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。：签字日期学位论文作者签名若：年Ｊｒ月分日学位论文版权使用授权书本学位论义作者完全了解天津大学有关保留、使巧学位论文的规定。榜授权天津大学可ｙｘ将学位论义的全部或部分内容编入有关数据库进行檢索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ共查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明），．＇？

3、学签位论文作者签名：导师签名：字日期：作年ｒ月日签字日期：於／／年月文呆日含埋藏球型缺陷管道蠕变裂纹萌生的预测Predictionofcreepcrackinitiationinpipeswithembeddedsphericaldefects（国家自然科学基金资助项目）（项目编号：51475326）学科专业：材料加工工程研究生：张文指导教师：荆洪阳教授天津大学材料科学与工程学院二零一五年五月摘要随着经济发展对能源行业高效利用和节能减排要求的不断提高，应用高温力学性能更优异的钢种、提高电厂管道服役温度和压力成为大势所趋。然而，蒸汽温度和压力的提高导致服役环境更加恶劣，导

4、致力学性能薄弱、含缺陷较多的焊接接头易出现失效，因此需要对结构完整性评定和电厂的安全运行提出更加严苛的要求。国际上高温结构完整性评估标准主要有BS7910、R5等，它们对含裂纹管道的评估已经相对成熟，但对含埋藏体积型缺陷管道的评估方法仍不完善。这些标准通常先判断是否符合基于经验或弹塑性安定分析提出的免评条件，不符合则当作裂纹处理。然而，上述方法没有考虑蠕变机制下的损伤累积，直接免评可能偏危险，而按照现有标准表征为裂纹又可能导致过度保守的返修或更换，迫使机组非计划停运，造成巨大的经济损失。因此，本文基于损伤力学理论，利用数值模拟技术研究了含埋藏球型缺陷管道的蠕变损伤机理，并提出了蠕

5、变裂纹萌生寿命预测模型。论文的主要研究工作及结论如下：（1）提出了一个新的物理参量——平均等效应力，即在蠕变裂纹萌生时间ti内等效应力对时间进行积分，然后除以ti。平均等效应力能够表征整个蠕变阶段的应力水平，具有物理意义。（2）基于平均等效应力法，研究了含埋藏球型缺陷P92钢管道蠕变裂纹的萌生规律，并从应力和拘束两个方面分析了这些规律存在的内因，进而提出了含埋藏球型缺陷P92钢管道蠕变裂纹萌生位置和时间的预测公式。（3）进一步改进了蠕变裂纹萌生预测公式，可考虑不同的材料性能和服役温度，建立了一套适用于不同材料和不同温度的蠕变裂纹萌生预测模型，只需根据初始尺寸条件和载荷即可求解管道

6、的蠕变裂纹萌生位置及时间，节约了大量由于有限元模拟和数据处理所需的时间。关键词：埋藏球型缺陷平均等效应力蠕变裂纹萌生位置蠕变裂纹萌生时间预测模型ABSTRACTForenergyconservationandthereductionofgreenhousegasemissions,cleanandefficientultra-supercritical(USC)thermalpowerunitsarebeingdevelopedactivelyallovertheworld.However,defectsusuallyexistinlargecomponentsduringman

7、ufacturingprocessandcracks,pores,slagsandincompletepenetrationareusuallydetectedafterweldingprocess.Thesedefectsseverelyaffecttheservicelifeoflargecomponentssuchassteampipes.Therefore,theintegrityofpipescontainingdefectsmustbeevaluatedaccurat