CN117725702A - 一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法 - Google Patents
一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117725702A CN117725702A CN202311775213.7A CN202311775213A CN117725702A CN 117725702 A CN117725702 A CN 117725702A CN 202311775213 A CN202311775213 A CN 202311775213A CN 117725702 A CN117725702 A CN 117725702A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- stainless steel
- cast stainless
- heat aging
- strain amplitude
- fatigue
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 278
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 title claims abstract description 278
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims abstract description 117
- 230000035882 stress Effects 0.000 claims abstract description 28
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000003878 thermal aging Methods 0.000 claims description 17
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 12
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 claims description 6
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 4
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 3
- 230000005251 gamma ray Effects 0.000 claims description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000003679 aging effect Effects 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 229910000963 austenitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明具体涉及一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，包括：测量或计算得到铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅及对应的轴向应力，剪切应变幅及对应的剪切应力，以及轴向应变幅与剪切应变幅的相位差；计算铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅和等效剪切应变幅；将铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅和等效剪切应变幅以及其相位差代入包含热老化影响的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型，计算铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命和疲劳裂纹方向。本发明的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，准确预测铸造不锈钢在多轴低周疲劳加载下的疲劳寿命以及疲劳裂纹萌生和初始扩展的方向。
Description
技术领域
本发明涉及铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳预测技术领域，特别是涉及一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法。
背景技术
自20世纪70年代初以来，铸造奥氏体不锈钢是用于制造轻水反应堆一回路中许多重要安全相关部件的材料。由于其良好的延展性、高缺口韧性、耐腐蚀性和成形性，已被选择用于制造一定数量的轻水反应堆部件，如泵壳、弯头、管道、配件、阀壳等。然而，早在20世纪80年代初就已经确定，这些材料在压水反应堆300℃左右运行温度条件下会发生热老化脆化，这主要是铸造奥氏体不锈钢中铁素体相微观结构演变的结果，铁素体的调幅分解和G相沉淀是导致由铸造奥氏体不锈钢制造的部件力学性能退化的主要原因，导致上述铸造不锈钢硬度增高、抗拉强度增加、韧性降低，影响一回路压力边界部件的长期安全和可靠运行。
实际核电厂部件承受的载荷相对于制定规范和标准规则的实验室测试载荷要复杂得多。导致实际部件疲劳载荷的一个重要来源是压力和热瞬态，其中可能包括热剥离、分层或冲击。热瞬态和压力载荷，加上复杂的部件几何形状和材料不连续性，通常会在实际核电厂部件中引起多轴或非比例应力分布。这些更复杂的应力分布对核电厂部件疲劳寿命的影响与实验室根据单轴加载试样产生的数据预测疲劳寿命相比明显不同。然而，当根据大多数规范和标准进行核电厂疲劳评估时，需要基于三维应力状态计算应变，该计算应变被转换为有效的一维应力范围，用于设计疲劳曲线。这些方法的支持证据和验证效果有限，所以有必要开发考虑复杂应力状态的多轴疲劳预测模型。
为了对高温环境下长寿期服役的核电厂铸造不锈钢部件进行老化管理和寿命预测，既需要考虑热老化导致铸造不锈钢的韧性降低，也要考虑更接近实际服役载荷状态的多轴疲劳应力分布特点，目前对铸造不锈钢热老化后的多轴疲劳研究很少，当前多轴疲劳评估方法存在不足，需要更好地考虑多轴疲劳载荷特征以及如何正确评估铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种包含热老化影响的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，以铸造不锈钢单轴低周疲劳、扭转低周疲劳的性能参数及其归一化热老化参数为基础，可以准确预测高温环境下长寿期服役热老化后的铸造不锈钢在多轴低周疲劳加载下的疲劳寿命，以及疲劳裂纹萌生和初始扩展的方向。
为了实现上述目的，本发明提供解决上述问题，本发明提供一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，包括如下步骤：
S101、对铸造不锈钢关注部位进行应变测量或有限元计算，得到铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a、剪切应变幅γxy，a、轴向应变幅εx，a对应的轴向应力σx，a、剪切应变幅γxy，a对应的剪切应力τxy，a、轴向应变幅εx，a与剪切应变幅γxy，a的相位差δxy；
S102、在铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a对应的轴向应力σx，a超过拉伸屈服强度或者剪切应变幅γxy，a对应的剪切应力τxy，a超过剪切屈服强度时，对铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a和剪切应变幅γxy，a分别进行修正，计算铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae；
S103、将铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae以及铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a与剪切应变幅γxy，a之间的相位差δxy代入包含热老化影响的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型，计算铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命N和疲劳裂纹方向。
进一步地，S101中，如果铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a对应的轴向应力σx，a超过拉伸屈服强度或者剪切应变幅γxy，a对应的剪切应力τxy，a超过剪切屈服强度时，表明铸造不锈钢存在塑性应变，为多轴低周疲劳，适用铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型；如果铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a对应的轴向应力σx，a未超过拉伸屈服强度且剪切应变幅γxy，a对应的剪切应力τxy，a未超过剪切屈服强度时，表明铸造不锈钢为中高周疲劳，不适用铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型。
进一步地，S102中，根据如下公式计算铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae：
εx，ae＝εx，a(1+kεPδ) (1)
γxy，ae＝γxy，a(1+kγPδ) (2)
其中，kε为铸造不锈钢的热老化-单轴低周疲劳敏感系数，kε＞0表示铸造不锈钢热老化后单轴疲劳寿命降低，kε＜0表示铸造不锈钢热老化后单轴疲劳寿命增加，kε＝0表示铸造不锈钢热老化后单轴疲劳寿命没有变化；kγ为铸造不锈钢热老化-扭转低周疲劳敏感系数，kγ＞0表示铸造不锈钢热老化后扭转疲劳寿命降低，kγ＜0表示铸造不锈钢热老化后扭转疲劳寿命增加，kγ＝0表示铸造不锈钢热老化后扭转疲劳寿命没有变化；Pδ为铸造不锈钢归一化热老化参数，P为铸造不锈钢的Arrhenius热老化参数；δ为铸造不锈钢的铁素体百分含量。
进一步地，铸造不锈钢的热老化-单轴低周疲劳敏感系数kε通过铸造不锈钢热老化初始状态的单轴低周应变幅-疲劳寿命曲线εx，a＝ε(N)和铸造不锈钢热老化后的单轴应变幅-疲劳寿命数据点εx，ai-Ni之间的差异来确定。
进一步地，铸造不锈钢热老化初始状态的单轴低周应变幅-疲劳寿命曲线εx，a＝ε(N)为Manson-Coffin方程：
其中，εx，a为铸造不锈钢的轴向应变幅，N为铸造不锈钢的疲劳寿命，σ′f为铸造不锈钢的单轴疲劳强度系数，b为铸造不锈钢的单轴疲劳强度指数，E为铸造不锈钢的弹性模量，ε′f为铸造不锈钢的单轴疲劳强度延性系数，c为铸造不锈钢的单轴疲劳强度延性指数。
进一步地，铸造不锈钢热老化后的单轴应变幅-疲劳寿命数据点εx，ai-Ni为铸造不锈钢热老化后时间节点t的单轴应变幅-疲劳寿命数据点：
εx，ai-Ni (4)
其中，铸造不锈钢热老化后时间节点t选取铸造不锈钢最长热老化时间，铸造不锈钢热老化后时间节点t的单轴应变幅-疲劳寿命数据点的数量为铸造不锈钢热老化后时间节点t时的单个或多个单轴应变幅-疲劳寿命数据，i＝1，2，3，……。
进一步地，铸造不锈钢热老化-扭转低周疲劳敏感系数kγ通过铸造不锈钢热老化初始状态时扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命曲线γxy，a＝γ(N)和铸造不锈钢热老化后扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命数据点γxy，ai-Ni之间的差异来确定。
进一步地，铸造不锈钢热老化初始状态时扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命曲线γxy，a＝γ(N)为：
其中，γxy，a为铸造不锈钢的剪切应变幅，τ′f为铸造不锈钢的扭转疲劳强度系数，bγ为铸造不锈钢的扭转疲劳强度指数，G为铸造不锈钢的剪切模量，γ′f为铸造不锈钢的扭转疲劳强度延性系数，cγ为铸造不锈钢的扭转疲劳强度延性指数。
进一步地，铸造不锈钢热老化后扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命数据点γxy，ai-Ni为不锈钢热老化后时间节点t的剪切应变幅-疲劳寿命数据点：
γxy，ai-Ni (6)
其中，铸造不锈钢热老化后时间节点i选取铸造不锈钢最长热老化时间，铸造不锈钢热老化后时间节点i的剪切应变幅-疲劳寿命数据点的数量为铸造不锈钢热老化后时间节点t时的单个或多个剪切应变幅-疲劳寿命数据，i＝1，2，3，……。
进一步地，铸造不锈钢的Arrhenius热老化参数P根据如下公式计算：
其中，T为铸造不锈钢的热老化温度，单位为℃；Q为铸造不锈钢的激活能值，单位为kJ/mole。
进一步地，S103中，包含热老化影响的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型以铸造不锈钢关注部位的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae的非线性组合值在疲劳加载过程中达到最大值时作为临界面，然后利用单轴疲劳和扭转疲劳作为边界条件分别获取正应变、剪应变的低周疲劳损伤权重系数值建立；
所述包含热老化影响的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型为：
其中：
其中，λ为铸造不锈钢的应变比，λ＝γxy，ae/εx，ae，(1+υ)≤λ≤2；υ为铸造不锈钢的泊松比；为铸造不锈钢临界面方向的角度；γae为铸造不锈钢临界面上的等效剪应变损伤，对称疲劳加载时εx，ae＝εx，a，γxy，ae＝γxy，a；γa、εn，a分别为铸造不锈钢临界面上的剪应变和法向正应变；
当不锈钢多轴低周疲劳预测模型的左边等于右边时，铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型预测的铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N增加1；所述铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型预测的铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N在1～104循环；
开始输入铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae以及铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a与剪切应变幅γxv，a之间的相位差δxy后，铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N从1逐渐增大到104，同时在铸造不锈钢临界面方向的角度从-90°逐渐增大到+90°的过程中，当满足不锈钢多轴低周疲劳预测模型的左边等于右边，且右边数值达到最大值的条件时，输出此时铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命N和铸造不锈钢临界面方向/>即为铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型预测的铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N和疲劳裂纹方向。
本发明的有益技术效果：
本发明的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型，以关注部位平面上等效轴向应变幅和等效剪切应变幅的非线性组合值在疲劳加载过程中达到最大值时作为临界面，利用单轴疲劳和扭转疲劳作为边界条件分别获取正应变、剪应变的低周疲劳损伤权重系数值，考虑了上述两个应变分量独立地随时间发生周期性变化对多轴低周疲劳行为的影响；考虑热老化的影响，引入了归一化热老化参数对轴向应变疲劳、剪切应变疲劳的应变幅分别进行修正，考虑了不同的热老化时间、热老化温度、铁素体含量和化学成分对铸造不锈钢热老化和多轴低周疲劳的影响，适应范围较广；可以准确预测高温环境下长寿期服役热老化后的铸造不锈钢在多轴低周疲劳加载下的疲劳寿命，以及疲劳裂纹萌生和初始扩展的方向。
附图说明
图1为本发明的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型的一个实施例的分析流程图；
图2为本发明的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型的一个实施例的计算流程图。
具体实施方式
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“设有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1-2，本实施例提供一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，包括如下步骤：
S101、对铸造不锈钢关注部位进行应变测量或有限元计算，得到铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a、剪切应变幅γxy，a、轴向应变幅εx，a对应的轴向应力σx，a、剪切应变幅γxy，a对应的剪切应力τxy，a、轴向应变幅εx，a与剪切应变幅γxy，a的相位差δxy；
S102、在铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a对应的轴向应力σx，a超过拉伸屈服强度或者剪切应变幅γxy，a对应的剪切应力τxy，a超过剪切屈服强度时，对铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a和剪切应变幅γxy，a分别进行修正，计算铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae；
S103、将铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae以及铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a与剪切应变幅γxy，a之间的相位差δxy代入包含热老化影响的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型，计算铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命N和疲劳裂纹方向φ。
进一步地，S101中，如果铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a对应的轴向应力σx，a超过拉伸屈服强度或者剪切应变幅γxy，a对应的剪切应力τxy，a超过剪切屈服强度时，表明铸造不锈钢存在塑性应变，为多轴低周疲劳，适用铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型；如果铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a对应的轴向应力σx，a未超过拉伸屈服强度且剪切应变幅γxy，a对应的剪切应力τxy，a未超过剪切屈服强度时，表明铸造不锈钢为中高周疲劳，不适用铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型。
进一步地，S102中，根据如下公式计算铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae：
εx，ae＝εx，a(1+kεPδ) (1)
γxy，ae＝γxy，a(1+kγPδ) (2)
其中，kε为铸造不锈钢的热老化-单轴低周疲劳敏感系数，kε＞0表示铸造不锈钢热老化后单轴疲劳寿命降低，kε＜0表示铸造不锈钢热老化后单轴疲劳寿命增加，kε＝0表示铸造不锈钢热老化后单轴疲劳寿命没有变化；kγ为铸造不锈钢热老化-扭转低周疲劳敏感系数，kγ＞0表示铸造不锈钢热老化后扭转疲劳寿命降低，kγ＜0表示铸造不锈钢热老化后扭转疲劳寿命增加，kγ＝0表示铸造不锈钢热老化后扭转疲劳寿命没有变化；Pδ为铸造不锈钢归一化热老化参数，P为铸造不锈钢的Arrhenius热老化参数，δ为铸造不锈钢的铁素体含量(％)。
进一步地，铸造不锈钢的热老化-单轴低周疲劳敏感系数kε通过铸造不锈钢热老化初始状态的单轴低周应变幅-疲劳寿命曲线εx，a＝ε(N)和铸造不锈钢热老化后的单轴应变幅-疲劳寿命数据点εx，ai-Ni之间的差异来确定。
进一步地，铸造不锈钢热老化初始状态的单轴低周应变幅-疲劳寿命曲线εx，a＝ε(N)为Manson-Coffin方程：
其中，εx，a为铸造不锈钢的轴向应变幅，N为铸造不锈钢的疲劳寿命，σ′f为铸造不锈钢的单轴疲劳强度系数，b为铸造不锈钢的单轴疲劳强度指数，E为铸造不锈钢的弹性模量，ε′f为铸造不锈钢的单轴疲劳强度延性系数，c为铸造不锈钢的单轴疲劳强度延性指数。
进一步地，铸造不锈钢热老化后的单轴应变幅-疲劳寿命数据点εx，ai-Ni为铸造不锈钢热老化后时间节点t的单轴应变幅-疲劳寿命数据点：
εx，ai-Ni (4)
其中，铸造不锈钢热老化后时间节点t选取铸造不锈钢最长热老化时间，铸造不锈钢热老化后时间节点t的单轴应变幅-疲劳寿命数据点的数量为铸造不锈钢热老化后时间节点t时的单个或多个单轴应变幅-疲劳寿命数据，i＝1，2，3，……。
进一步地，铸造不锈钢热老化-扭转低周疲劳敏感系数kγ通过铸造不锈钢热老化初始状态时扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命曲线γxy，a＝γ(N)和铸造不锈钢热老化后扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命数据点γxy，ai-Ni之间的差异来确定。
进一步地，铸造不锈钢热老化初始状态时扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命曲线γxy，a＝γ(N)为：
其中，γxy，a为铸造不锈钢的剪切应变幅，τ′f为铸造不锈钢的扭转疲劳强度系数，bγ为铸造不锈钢的扭转疲劳强度指数，G为铸造不锈钢的剪切模量，γ′f为铸造不锈钢的扭转疲劳强度延性系数，cγ为铸造不锈钢的扭转疲劳强度延性指数。
进一步地，铸造不锈钢热老化后扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命数据点γxy，ai-Ni为不锈钢热老化后时间节点t的剪切应变幅-疲劳寿命数据点：
γxy，ai-Ni (6)
其中，铸造不锈钢热老化后时间节点t选取铸造不锈钢最长热老化时间，铸造不锈钢热老化后时间节点t的剪切应变幅-疲劳寿命数据点的数量为铸造不锈钢热老化后时间节点t时的单个或多个剪切应变幅-疲劳寿命数据，i＝1，2，3，……。
进一步地，铸造不锈钢的Arrhenius热老化参数P根据如下公式计算：
其中，T为铸造不锈钢的热老化温度，单位为℃；Q为铸造不锈钢的激活能值，单位为kJ/mole。
进一步地，S103中，包含热老化影响的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型以铸造不锈钢关注部位的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae的非线性组合值在疲劳加载过程中达到最大值时作为临界面，然后利用单轴疲劳和扭转疲劳作为边界条件分别获取正应变、剪应变的低周疲劳损伤权重系数值建立；
所述包含热老化影响的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型为：
其中：
其中，λ为铸造不锈钢的应变比，λ＝γxy，ae/εx，ae，(1+υ)≤λ≤2；υ为铸造不锈钢的泊松比；为铸造不锈钢临界面方向的角度；γae为铸造不锈钢临界面上的等效剪应变损伤，对称疲劳加载时εx，ae＝εx，a，γxy，ae＝γxy，a；γa、εn，a分别为铸造不锈钢临界面上的剪应变和法向正应变；
当不锈钢多轴低周疲劳预测模型的左边等于右边时，铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型预测的铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N增加1；所述铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型预测的铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N在1～104循环；
开始输入铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx，ae和等效剪切应变幅γxy，ae以及铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx，a与剪切应变幅γxy，a之间的相位差δxy后，铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N从1逐渐增大到104，同时在铸造不锈钢临界面方向的角度从-90°逐渐增大到+90°的过程中，当满足不锈钢多轴低周疲劳预测模型的左边等于右边，且右边数值达到最大值的条件时，输出此时铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命N和铸造不锈钢临界面方向/>即为铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型预测的铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N和疲劳裂纹方向。
本发明的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型，以铸造不锈钢单轴低周疲劳、扭转低周疲劳的性能参数及其归一化热老化参数为基础，可以准确预测高温环境下长寿期服役热老化后的铸造不锈钢在多轴低周疲劳加载下的疲劳寿命，以及疲劳裂纹萌生和初始扩展的方向。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101、对铸造不锈钢关注部位进行应变测量或有限元计算，得到铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx,a、剪切应变幅γxy,a、轴向应变幅εx,a对应的轴向应力σx,a、剪切应变幅γxy,a对应的剪切应力τxy,a、轴向应变幅εx,a与剪切应变幅γxy,a的相位差δxy；
S102、在铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx,a对应的轴向应力σx,a超过拉伸屈服强度或者剪切应变幅γxy,a对应的剪切应力τxy,a超过剪切屈服强度时，对铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx,a和剪切应变幅γxy,a分别进行修正，计算铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx,ae和等效剪切应变幅γxy,ae；
S103、将铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx,ae和等效剪切应变幅γxy,ae以及轴向应变幅εx,a与剪切应变幅γxy,a的相位差δxy代入包含热老化影响的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型，计算铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命N和疲劳裂纹方向。
2.根据权利要求1所述的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于：S102中，根据如下公式计算铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx,ae和等效剪切应变幅γxy,ae：
εx,ae＝εx,a(1+kεPδ)
γxy,ae＝γxy,a(1+kγPδ)
其中，kε为铸造不锈钢的热老化-单轴低周疲劳敏感系数，kε>0表示铸造不锈钢热老化后单轴疲劳寿命降低，kε<0表示铸造不锈钢热老化后单轴疲劳寿命增加，kε＝0表示铸造不锈钢热老化后单轴疲劳寿命没有变化；kγ为铸造不锈钢热老化-扭转低周疲劳敏感系数，kγ>0表示铸造不锈钢热老化后扭转疲劳寿命降低，kγ<0表示铸造不锈钢热老化后扭转疲劳寿命增加，kγ＝0表示铸造不锈钢热老化后扭转疲劳寿命没有变化；Pδ为铸造不锈钢归一化热老化参数，P为铸造不锈钢的Arrhenius热老化参数，δ为铸造不锈钢的铁素体含量(％)。
3.根据权利要求2所述的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于：铸造不锈钢的热老化-单轴低周疲劳敏感系数kε通过铸造不锈钢热老化初始状态的单轴低周应变幅-疲劳寿命曲线εx,a＝ε(N)和铸造不锈钢热老化后的单轴应变幅-疲劳寿命数据点εx,ai-Ni之间的差异来确定。
4.根据权利要求3所述的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于：铸造不锈钢热老化初始状态的单轴低周应变幅-疲劳寿命曲线εx,a＝ε(N)为Manson-Coffin方程：
其中，εx,a为铸造不锈钢的轴向应变幅，N为铸造不锈钢的疲劳寿命，σ′ f为铸造不锈钢的单轴疲劳强度系数，b为铸造不锈钢的单轴疲劳强度指数，E为铸造不锈钢的弹性模量，ε′ f为铸造不锈钢的单轴疲劳强度延性系数，c为铸造不锈钢的单轴疲劳强度延性指数。
5.根据权利要求3所述的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于：铸造不锈钢热老化后的单轴应变幅-疲劳寿命数据点εx,ai-Ni为铸造不锈钢热老化后时间节点t的单轴应变幅-疲劳寿命数据点：
εx,ai-Ni
其中，铸造不锈钢热老化后时间节点t选取铸造不锈钢最长热老化时间，铸造不锈钢热老化后时间节点t的单轴应变幅-疲劳寿命数据点的数量为铸造不锈钢热老化后时间节点t时的单个或多个单轴应变幅-疲劳寿命数据，i＝1,2,3，……。
6.根据权利要求2所述的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于：铸造不锈钢热老化-扭转低周疲劳敏感系数kγ通过铸造不锈钢热老化初始状态时扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命曲线γxy,a＝γ(N)和铸造不锈钢热老化后扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命数据点γxy,ai-Ni之间的差异来确定。
7.根据权利要求6所述的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于：铸造不锈钢热老化初始状态时扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命曲线γxy,a＝γ(N)为：
其中，γxy,a为铸造不锈钢的剪切应变幅，τ′ f为铸造不锈钢的扭转疲劳强度系数，bγ为铸造不锈钢的扭转疲劳强度指数，G为铸造不锈钢的剪切模量，γ′ f为铸造不锈钢的扭转疲劳强度延性系数，cγ为铸造不锈钢的扭转疲劳强度延性指数。
8.根据权利要求6所述的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于：铸造不锈钢热老化后扭转低周剪切应变幅-疲劳寿命数据点γxy,ai-Ni为不锈钢热老化后时间节点t的剪切应变幅-疲劳寿命数据点：
γxy,ai-Ni
其中，铸造不锈钢热老化后时间节点t选取铸造不锈钢最长热老化时间，铸造不锈钢热老化后时间节点t的剪切应变幅-疲劳寿命数据点的数量为铸造不锈钢热老化后时间节点t时的单个或多个剪切应变幅-疲劳寿命数据，i＝1,2,3，……。
9.根据权利要求2所述的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于：铸造不锈钢的Arrhenius热老化参数P根据如下公式计算：
其中，T为铸造不锈钢的热老化温度，单位为℃；Q为铸造不锈钢的激活能值，单位为kJ/mole。
10.根据权利要求1所述的铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法，其特征在于：
S103中，所述铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型为：
其中：
其中，λ为铸造不锈钢的应变比，λ＝γxy,ae/εx,ae，(1+υ)≤λ≤2；υ为铸造不锈钢的泊松比；为铸造不锈钢临界面方向的角度；γae为铸造不锈钢临界面上的等效剪应变损伤，对称疲劳加载时εx,ae＝εx,a,γxy,ae＝γxy,a；γa、εn,a分别为铸造不锈钢临界面上的剪应变和法向正应变；
当不锈钢多轴低周疲劳预测模型的左边等于右边时，铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型预测的铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N增加1；
开始输入铸造不锈钢关注部位修正后包含热老化影响的等效轴向应变幅εx,ae和等效剪切应变幅γxy,ae以及铸造不锈钢关注部位的轴向应变幅εx,a与剪切应变幅γxy,a之间的相位差δxy后，当满足不锈钢多轴低周疲劳预测模型的左边等于右边，且右边数值达到最大值的条件时，输出此时铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命N和铸造不锈钢临界面方向即为铸造不锈钢多轴低周疲劳预测模型预测的铸造不锈钢热老化后的多轴低周疲劳寿命疲劳N和疲劳裂纹方向。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311775213.7A CN117725702A (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311775213.7A CN117725702A (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117725702A true CN117725702A (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=90208765
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311775213.7A Pending CN117725702A (zh) | 2023-12-21 | 2023-12-21 | 一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117725702A (zh) |
-
2023
- 2023-12-21 CN CN202311775213.7A patent/CN117725702A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113049376B (zh) | 一种用于过热器管板的蠕变疲劳损伤评估方法 | |
| Lin et al. | Cyclic plasticity constitutive model for uniaxial ratcheting behavior of AZ31B magnesium alloy | |
| Ohashi et al. | Evaluation of creep constitutive equations for type 304 stainless steel under repeated multiaxial loading | |
| Kumar et al. | A modified theta projection model for creep behavior of metals and alloys | |
| Xie et al. | Experimental study on creep characterization and lifetime estimation of RPV material at 723-1023 K | |
| Cano et al. | Accelerated creep test qualification of creep-resistance using the Wilshire–Cano–Stewart constitutive model and stepped isostress method | |
| CN113109177B (zh) | 一种基于Kf法的缺口件多轴恒幅热机械疲劳寿命预测方法 | |
| Chan et al. | A microstructure-based time-dependent crack growth model for life and reliability prediction of turbopropulsion systems | |
| Stewart et al. | Characterization of the Creep Deformation and Rupture Behavior of DS GTD-111 Using the Kachanov–Rabotnov Constitutive Model | |
| Wang et al. | Application of Combined Sustained and Cyclic Loading Test Results to Alloy 617 Elevated Temperature Design Criteria | |
| Wang et al. | Report on FY15 Two-Bar Thermal Ratcheting Test Results | |
| CN117725702A (zh) | 一种铸造不锈钢多轴低周疲劳预测方法 | |
| Tendo et al. | Stress relaxation behavior at high-tension bolted connections of stainless-steel plates | |
| Stewart et al. | Modeling the temperature dependence of tertiary creep damage of a Ni-based alloy | |
| Zhou et al. | An improved critical plane-energy multiaxial fatigue life prediction model considering shear mean stress | |
| Leary et al. | Critical Review of Strain Measures for Characterisation of Fatigue Damage in ASME Section III Fatigue Assessments | |
| KR102241620B1 (ko) | 구조물의 수명 평가 방법 및 평가 시스템 | |
| Reis et al. | Biaxial fatigue for proportional and non‐proportional loading paths | |
| Ogata | Life prediction method of CC and DS Ni base superalloys under high temperature biaxial fatigue loading | |
| Cheng et al. | Geometric discontinuity effect on creep-fatigue behaviors in a nickel-based superalloy hole structure considering ratcheting deformation | |
| Kong et al. | Creep life prediction of alloy 718 for automotive engine materials | |
| Gao et al. | An investigation on the cyclic deformation and service life of a reusable liquid rocket engine thrust chamber wall | |
| Dantas et al. | Multiaxial fatigue assessment of S355 steel in the high-cycle region by using Susmel’s criterion | |
| Ogata | Biaxial thermomechanical-fatigue life property of a directionally solidified Ni-base superalloy | |
| Ma et al. | Asymmetrical multiaxial low-cycle fatigue behavior and life prediction of CP-Ti under non-proportional stress-controlled mode |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |