復(fù)合鋼板界面處高溫蠕變特性研究.pdf

1、復(fù)合鋼板的復(fù)層材料具有耐腐蝕、耐磨、導(dǎo)電和抗振的特性，基層材料具有高強(qiáng)度的特性，這使得復(fù)合鋼板既節(jié)約了成本材料又提高了鋼板的性能指標(biāo)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，由于生產(chǎn)工藝的要求，過程裝備在受到高壓作用的同時(shí)往往還受到高溫作用，對材料的要求越來越高。所以復(fù)合鋼板因其良好的適用性和經(jīng)濟(jì)性而被越來越廣泛的應(yīng)用于軍工、冶金、化工、石油、天然氣、航海、造船、核能等國家支柱產(chǎn)業(yè)。然而復(fù)合鋼板在生產(chǎn)制造和工藝加工過程中，基層與復(fù)層的界面

2、結(jié)合處容易產(chǎn)生雜質(zhì)、氣孔、位錯(cuò)等缺陷。且復(fù)合鋼板復(fù)層與基層材料的熱膨脹系數(shù)、化學(xué)組分和金相組織存在很大差別。在高溫外載荷長時(shí)間作用下，復(fù)合鋼板界面處很容易出現(xiàn)蠕變變形與蠕變斷裂，成為復(fù)合鋼板重要的失效部位。由此可見，對于復(fù)合鋼板界面處蠕變特性的研究關(guān)系到工業(yè)生產(chǎn)能否正常運(yùn)行，是十分重要且必要的。
　　 由于復(fù)合鋼板制備工藝要求較為嚴(yán)苛，高溫蠕變實(shí)驗(yàn)周期較長，界面處蠕變特性難以體現(xiàn)等諸多實(shí)際因素，所以針對復(fù)合鋼板界面處的高溫蠕變實(shí)

3、驗(yàn)較難實(shí)現(xiàn)。有限元分析方法通過求得近似解來解決工程上無法精確求解的問題，同時(shí)還具備耗時(shí)較短、成本低廉的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在材料高溫蠕變研究中得到了廣泛的應(yīng)用，因而本文利用有限元數(shù)值分析法對復(fù)合鋼板界面處的高溫蠕變特性進(jìn)行了深入的研究討論。本文基于彈性力學(xué)、黏彈性力學(xué)理論針對復(fù)合鋼板界面處的高溫蠕變特性進(jìn)行了理論研究。采用有限元數(shù)值分析方法針對復(fù)合鋼板界面處的蠕變應(yīng)力、蠕變應(yīng)變，各節(jié)點(diǎn)隨時(shí)間變化的蠕變特性，以及材料不同位置的原始缺陷在高溫蠕變條件

4、下對于界面處蠕變特性的影響進(jìn)行了分析。
　　 本文通過對復(fù)合鋼板界面處的高溫蠕變特性理論研究與數(shù)值模擬得到以下結(jié)論:
　　 (1)理論研究，通過金屬材料的廣義卡爾文模型微分本構(gòu)關(guān)系導(dǎo)出了復(fù)合鋼板內(nèi)壓筒體蠕變的黏彈性本構(gòu)方程。本文還研究了含有原始孔狀缺陷材料的蠕變本構(gòu)方程。
　　 (2)數(shù)值模擬，在溫度恒定，外載荷恒定的條件下，復(fù)合鋼板基層與復(fù)層的界面處蠕變應(yīng)力發(fā)生突變，復(fù)層蠕變應(yīng)力隨時(shí)間減小，基層蠕變應(yīng)力隨時(shí)間增

5、大，蠕變應(yīng)變皆隨時(shí)間增大。恒載荷條件下，工作溫度越高，復(fù)合鋼板界面蠕變應(yīng)力差值與蠕變應(yīng)變的值越大。
　　 (3)當(dāng)復(fù)合鋼板中存在原始孔狀缺陷時(shí)，孔邊應(yīng)力集中，且孔附近蠕變應(yīng)力和蠕變應(yīng)變呈蝶形分布。復(fù)層存在孔狀缺陷時(shí)，界面處的蠕變應(yīng)力和蠕變應(yīng)變差值與無缺陷復(fù)合鋼板相比有所增大;基層存在孔狀缺陷時(shí)，界面處的蠕變應(yīng)力差值較小，蠕變應(yīng)變沒有明顯突變;界面處存在孔狀缺陷時(shí)，蠕變應(yīng)變沿著筒體徑向方向逐漸減小且在界面處保持連續(xù)。