預測模型可以很好的預測Alloy在 850 °C下的情況。
[0137] 實例 3
[0138] 選取數據為Conway和Kim發表的兩 T. Berling. Fatigue, tensile, and relaxation behavior of stainless steels, Mar-Te st, Inc.，Cincinnati, Ohio. (1975)】、【V· K. Sikka, M. K. Booker. Assessment of tensile and creep data for Types 304and 316stainless steel, Journal of Pressure Vessel Technology. 99(1977)298-313】。首先，這些文獻給出了 304SS在650°C蠕變試驗數據，由 于只研究了 650°C-個溫度的材料壽命，即利用退化公式（4)，可得到與溫度相關的材料常 數D= 154. 12 ;分析650°C下失效應變能密度與非彈性應變能密度耗散率的函數關系，發現 不存在臨界失效應變能密度；在650°C的蠕變疲勞試驗中，通過總應變范圍分別為0. 5%和 2. 0%，計算出依賴于材料特征的常數A = 45. 55和B = 129. 19,由此得到了塑性應變范圍 歸一化的應力松弛曲線，即公式（6);文獻給出了 650°C下的彈性模量為E = 151GPa。因此 得到了 650°C下304SS材料蠕變-疲勞壽命預測所需的所有材料常數。
[0139] 根據公式（5)計算某一總應變范圍的每周次疲勞損傷，由于不存在臨界失效應變 能密度，則公式（13a)結合上述材料常數計算出該總應變范圍下半壽命周次的蠕變損傷， 并近似認為其代表每周次的蠕變損傷，最終利用線性累計損傷法，則通過公式（14)和公式 (15a)計算出不同總應變范圍和保持時間下的預測壽命，將其與實際實驗結果相比較，結果 如圖5所示。
[0140] 由圖5的結果可見，絕大部分預測壽命在2倍誤差帶內，所有的預測壽命均在1. 5 倍誤差帶以內，實驗結果與預測結果非常接近。由此可見，本發明所示的蠕變-疲勞壽命預 測模型可以很好的預測304SS在650°C下的情況。
[0141] 從實例1~3的結果可以看出：采用本發明的方法，可以很好的預測不同材料在不 同溫度下的蠕變-疲勞壽命。
【主權項】
1. 一種材料的蠕變-疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述預測方法包括以下步驟： 步驟S1，在同一試驗溫度下分別進行材料的蠕變試驗、疲勞試驗和蠕變-疲勞交互試 驗，并且所述疲勞試驗和所述蠕變-疲勞交互試驗在同一應變速率和總應變范圍下進行； 步驟S2,根據所述蠕變試驗的結果，建立雙對數坐標下所述材料的失效應變能密度Wf 與非彈性應變能密度耗散率之間的函數關系； 步驟S3，根據所述疲勞試驗的結果，獲取所述材料在所述試驗溫度、應變速率和總應變 范圍下每周次的疲勞損傷df; 步驟S4,根據所述蠕變-疲勞交互試驗的結果，得到所述材料在半壽命周次下的滯后 回線，并建立所述材料在最大拉伸應變保持時間內半壽命周次下的應力σ (t)隨時間t變 化的函數關系； 步驟S5,根據所述失效應變能密度Wf與非彈性應變能密度耗散率之間的函數關 系、所述每周次的疲勞損傷df、以及所述在最大拉伸應變保持時間內半壽命周次下的應力 σ (t)隨時間t變化的函數關系，并結合半壽命周次下的所述滯后回線，計算得到半壽命周 次下的懦變損傷d。； 步驟S6,利用線性累積損傷法則，根據所述材料每周次的疲勞損傷df以及半壽命周次 下的蠕變損傷d。預測所述材料在蠕變-疲勞交互作用下的蠕變-疲勞壽命]V：>2. 根據權利要求1所述的材料的蠕變-疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S2 中建立的所述失效應變能密度Wf與所述非彈性應變能密度耗散率之間的函數關系表示 為：在式（1)中，BJP Ii1分別表示與溫度無關的兩個材料線性回歸常數，T表示所述蠕 變試驗的試驗溫度，Q表示在所述試驗溫度下的熱激活能，R表示通用氣體常數，為恒定值 8· 314X 10 3kX/(K · mol)，其中，在式（2)和式（3)中，σ表示所述蠕變試驗中施加的蠕變應力值，￡￡和％分別表示 所述蠕變試驗中獲取的真蠕變延性和蠕變斷裂時間。3. 根據權利要求2所述的材料的蠕變-疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S3 包括通過式（5)計算所述材料每周次的疲勞損傷df:在式（5)中，N。表示所述材料在所述疲勞試驗的試驗條件下的疲勞壽命。4. 根據權利要求3所述的材料的蠕變-疲勞壽命預測方法，其特征在于，在所述步驟 S4中建立的所述材料在最大拉伸應變保持時間內半壽命周次下的應力σ (t)隨時間t變化 的函數關系表不為： 〇 ⑴=〇。- (A · Ig Δ ε p+B) · Ig (1+t) (6)， 在式（6)中，σ。、Δ ερ和t分別表示半壽命周次下的最大應力、塑性應變范圍以及最 大拉伸應變保持時間，A和B分別表示依賴于材料特征的線性回歸常數。5.根據權利要求4所述的材料的蠕變-疲勞壽命預測方法，其特征在于，所述步驟S5 包括： 步驟S51，根據半壽命周次下的所述滯后回線計算所述材料的非彈性應變能密度win， 表示為：在式（7)中，E表示所述材料在所述蠕變-疲勞交互試驗的試驗溫度下的彈性模量； 步驟S52,對非彈性應變能密度Win進行修正，修正后的非彈性應變能密度w；T@W表示 為：在式（8)中，〇|〇表示所述材料在半壽命周次下的平均應力； 步驟S53,對式（8)進行微分，得到修正后的非彈性應變能密度耗散率在式（9)中，在表示所述材料在最大拉伸應變保持時間內半壽命周次下的應力松弛 率； 步驟S54,對式（6)進行微分，得到：步驟S55,將式（6)和（10)代入式（9)，得到：步驟S56,當所述懦變試驗中不存在臨界失效應變能密度wf。時，通過式（12a)計算半 壽命周次下的所述蠕變損傷d。：當所述蠕變試驗中存在所述臨界失效應變能密度WfC時，通過式（12b)計算半壽命周次 下的所述蠕變損傷d。：步驟S57,將式（1)和（11)代入式（12a)得到所述蠕變試驗中不存在臨界失效應變能 密度wf。時的所述蠕變損傷d將式⑴和（11)代入式（12b)得到所述蠕變試驗中存在臨界失效應變能密度wf。時的 所述蠕變損傷d。：6.根據權利要求5所述的材料的蠕變-疲勞壽命預測方法，其特征在于，在所述步驟 S6中，根據所述線性累積損傷法則，得到所述材料在蠕變-疲勞交互作用下的蠕變-疲勞壽 命將式（1)以及（13a)代入式（14)，得到所述蠕變試驗中不存在臨界失效應變能密度wf。 時對應的蠕變-疲勞壽命^ :或者，將式（1)以及（13c)代入式（14)，得到所述蠕變試驗中存在臨界失效應變能密度 wf。時對應的蠕變-疲勞壽命Λζ :
【專利摘要】本發明提供一種材料的蠕變-疲勞壽命預測方法，包括在同一試驗溫度下分別進行材料的蠕變試驗、疲勞試驗和蠕變-疲勞交互試驗；根據蠕變試驗，建立雙對數坐標下材料的失效應變能密度wf與非彈性應變能密度耗散率之間的關系；根據疲勞試驗，獲取材料每周次的疲勞損傷df；根據蠕變-疲勞交互試驗，得到半壽命周次下的滯后回線，并建立材料在最大拉伸應變保持時間內半壽命周次下的應力σ(t)隨時間t變化的函數關系；根據wf與之間的關系、疲勞損傷df、以及應力σ(t)隨時間t變化的關系，并結合所述滯后回線，計算半壽命周次下的蠕變損傷dc；利用線性累積損傷法則，預測材料在蠕變-疲勞交互作用下的蠕變-疲勞壽命本發明能精確地預測材料在蠕變-疲勞交互作用下的壽命。
【IPC分類】G01N3/18
【公開號】CN105158084
【申請號】CN201510586289
【發明人】張顯程, 王潤梓, 涂善東, 軒福貞
【申請人】華東理工大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年9月15日