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1、JournalofMechanicalStrength机械强度2001,23(1):004~007X高温结构应力松弛和蠕变损伤分析的实用方法PRACTICALMETHODFORANALYSISOFSTRESSRELAXATIONANDCREEPDAMAGEINHIGH-TEMPERATURESTRUCTURES王爱民XX王勖成(清华大学工程力学系,北京100084)WANGAiminWANGXucheng(DepartmentofEngineeringMechanics,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China)摘要分析讨论了包含持续阶段的循环载荷作用下高温
2、结构的应力)应变历史的规律性,在此基础上对现有的决定多轴应力松弛过程的简化方法进行了评述,并着重介绍了其简化方法。本文对该简化方法进行了改进,并用此改进形式对典型结构进行了应力松弛和蠕变损伤分析,与详细非弹性有限元分析结果的比较,证实所采用方法的可靠性和实用性。关键词高温结构应力松弛蠕变损伤实用方法中图分类号TG111.8TH115TH114.4AbstractTheregularityofstress-strainevolutionhistoryinhigh-temperaturestructuresundercycleloadswithsustainingphasesisanalyzeda
3、nddiscussed.Basedonthis,theexistingsimplifiedmethodsfordeterminingthecourseofmultiaxialstressrelaxationarere-viewedbriefly.SomemodificationismadeinthispapertothemethodproposedinRef.[5,6].Finally,thestressrelaxationandcreepdamageofatypicalstructureisanalyzedbyusingtheimprovedmethod.Thecomparisonwitht
4、heresultsofthedetailedinelasticfinitee-lementanalysisdemonstratesthereliabilityandapplicabilityofthemethodadoptedinthispaper.KeywordsHigh-temperaturestructure;Stressrelaxation;Creepdamage;PracticalmethodCorrespondent:WANGXucheng,E-mail:wangxc@tsinghua.edu.cnTheprojectsupportedbytheNationalNaturalSci
5、enceFoundationofChina(No.59675024).Manuscriptreceived19990927,inrevisedform19991111.首先分析讨论包含持续阶段的循环载荷作用下高1引言温结构应力)应变演化历史的规律性。在此基础上对在电力、核能、石化等部门,有相当一大类结构工现有的决定多轴蠕变应力松弛的简化方法进行评述,作于高温环境,并经受着由于设备经常的启动)持续并对文献[6]所提出的简化方法进行改进。最后采用工作)关闭过程引起的循环载荷作用。蠕变变形和蠕此改进方法对典型三通结构的蠕变应力松弛和损伤进变损伤是导致这类结构功能丧失或破坏的最主要的因行分析和讨论。素
6、。而要正确分析持续载荷作用下的蠕变变形和损伤2包含持续阶段的循环载荷作用下高温结构的关键是持续载荷作用下结构内应力重分布过程的分应力)应变历史的规律性的研究析。无疑,现已发展得相当完善的高温热弹塑性)蠕[1,2]变有限元方法可以详细追踪结构内应力)应变的作为一个具有代表性的典型,以下讨论一个锅炉演化历史。但是详细非弹性有限元分析很费时间,要装置过热器三通在循环热和压力载荷作用下的应力)追踪全寿命(通常超过30万小时)的应力)应变历史,应变变化历史。图1给出结构构形,图2是采用高温[1,2]对于工程设计是不实际的,因此工程技术界先后发展热弹塑性)蠕变有限元分析程序对之进行分析的了相当多的简化方法
7、。仅就多轴蠕变应力松弛和应力有限元网格图,图3是一个启动)持续工作)关车循[3][4]重分布而言,代表性的工作有Seshadri,Severud和环中管道内蒸汽温度和压力的变化曲线。图4是三通[5,6]王小宁、王勖成等人分别提出的简化方法。他们的关键应力点(轴向剖面上主管和支管内表面的交结都是基于单向受力一维应力松弛模型,本文在第3节点)等效应力随时间变化的曲线(等效应力变化曲线将给予较详细的评述
