2.25Cr-1Mo钢热疲劳裂纹扩展特性数值模拟分析

摘要

2.25Cr1Mo钢常用在承受循环热负荷的化工设备和压力容器上，它的热疲劳性能好坏直接影响到这些设备的工作状况和寿命，尤其是设备出现裂纹后还能否使用以及能用多久的问题人们非常关注。本文在这样的背景下，以2.25Cr1Mo钢为例，通过ANSYS软件用有限元方法来研究它的热疲劳裂纹扩展特性。主要内容有以下几部分： 首先，介绍了热疲劳和疲劳裂纹扩展的研究进展，疲劳裂纹扩展的基本理论，有限元软件在疲劳断裂学科的发展现状，以及蠕变裂纹扩展的基本理论。 其次，基于塑性力学和断裂力学基本理论，选用合适的屈服准则、流动法则和强化法则，利用合适的塑性模型，在ANSYS中建立带有边缘穿透裂纹的平板模型，模拟出裂尖周围的应力应变场，并计算得到应力强度因子幅值。 再者，将计算得到的应力强度因子幅代入Paris公式或者Forman公式，得到热疲劳裂纹扩展速率，绘制热疲劳扩展速率随裂纹长度的变化曲线。改变不同的裂纹尺寸和加载条件，分析各种因素对热疲劳裂纹扩展速率的影响。建立同相和异相热疲劳模型，分析两者的区别。 最后，加入蠕变的影响因素，分析热疲劳和蠕变共同作用对裂纹扩展的影响。

目录

文摘

英文文摘

论文说明:主要符号表

声明

第一章 绪论

1.1工程背景

1.2热疲劳研究的历史与进展

1.3疲劳裂纹扩展研究进展

1.3.1疲劳裂纹扩展概念

1.3.2疲劳裂纹扩展研究的历史

1.3.3疲劳裂纹扩展的一般规律

1.3.4裂纹闭合理论

1.3.5热疲劳裂纹扩展

1.4计算机数值模拟技术

1.4.1有限元程序设计与软件开发的现状

1.4.2计算机数值模拟在疲劳断裂学科的应用

1.4.3国内外的发展情况

1.5本课题研究的主要内容

第二章疲劳裂纹扩展基本理论

2.1塑性力学基本理论

2.1.1屈服准则

2.1.2流动法则

2.1.3强化法则

2.2应力强度因子理论

2.3疲劳裂纹扩展损伤理论

2.4平均应力影响疲劳裂纹扩展

2.5小结

第三章金属材料的蠕变理论

3.1金属材料的蠕变现象

3.2金属材料的应力松弛

3.3蠕变裂纹扩展

3.3.1蠕变裂纹扩展行为及其特征

3.3.2蠕变裂纹扩展速率

3.4 ANSYS分析蠕变理论

3.5小结

第四章2.25Cr1Mo钢热疲劳裂纹扩展裂尖应力应变场计算

4.1 ANSYS简介

4.2有限元模型的建立

4.3 ANSYS计算结果输出与整理

4.3.1裂尖周围应力应变场的计算

4.3.2应力强度因子K的计算

4.4小结

第五章热疲劳裂纹扩展速率影响因素分析

5.1热疲劳裂纹扩展速率曲线

5.2热疲劳裂纹扩展速率影响因素的研究

5.2.1温度幅的影响

5.2.2温差比(平均温度)的影响

5.2.3加载频率的影响

5.3同相热疲劳和异相热疲劳

5.4热疲劳与蠕变的交互作用对裂纹扩展速率的影响

5.5小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

在学期间发表的论文及研究成果

致谢