复合钢板界面处高温蠕变特性研究
复合钢板的复层材料具有耐腐蚀、耐磨、导电和抗振的特性，基层材料具有高强度的特性，这使得复合钢板既节约了成本材料又提高了钢板的性能指标。随着现代科学技术的发展，在工业生产中，由于生产工艺的要求，过程装备在受到高压作用的同时往往还受到高温作用，对材料的要求越来越高。所以复合钢板因其良好的适用性和经济性而被越来越广泛的应用于军工、冶金、化工、石油、天然气、航海、造船、核能等国家支柱产业。然而复合钢板在生产制造和工艺加工过程中，基层与复层的界面结合处容易产生杂质、气孔、位错等缺陷。且复合钢板复层与基层材料的热膨胀系数、化学组分和金相组织存在很大差别。在高温外载荷长时间作用下，复合钢板界面处很容易出现蠕变变形与蠕变断裂，成为复合钢板重要的失效部位。由此可见，对于复合钢板界面处蠕变特性的研究关系到工业生产能否正常运行，是十分重要且必要的。
由于复合钢板制备工艺要求较为严苛，高温蠕变实验周期较长，界面处蠕变特性难以体现等诸多实际因素，所以针对复合钢板界面处的高温蠕变实验较难实现。有限元分析方法通过求得近似解来解决工程上无法精确求解的问题，同时还具备耗时较短、成本低廉的优点，已经在材料高温蠕变研究中得到了广泛的应用，因而本文利用有限元数值分析法对复合钢板界面处的高温蠕变特性进行了深入的研究讨论。本文基于弹性力学、黏弹性力学理论针对复合钢板界面处的高温蠕变特性进行了理论研究。采用有限元数值分析方法针对复合钢板界面处的蠕变应力、蠕变应变，各节点随时间变化的蠕变特性，以及材料不同位置的原始缺陷在高温蠕变条件下对于界面处蠕变特性的影响进行了分析。
本文通过对复合钢板界面处的高温蠕变特性理论研究与数值模拟得到以下结论:
(1)理论研究，通过金属材料的广义卡尔文模型微分本构关系导出了复合钢板内压筒体蠕变的黏弹性本构方程。本文还研究了含有原始孔状缺陷材料的蠕变本构方程。
(2)数值模拟，在温度恒定，外载荷恒定的条件下，复合钢板基层与复层的界面处蠕变应力发生突变，复层蠕变应力随时间减小，基层蠕变应力随时间增大，蠕变应变皆随时间增大。恒载荷条件下，工作温度越高，复合钢板界面蠕变应力差值与蠕变应变的值越大。
(3)当复合钢板中存在原始孔状缺陷时，孔边应力集中，且孔附近蠕变应力和蠕变应变呈蝶形分布。复层存在孔状缺陷时，界面处的蠕变应力和蠕变应变差值与无缺陷复合钢板相比有所增大;基层存在孔状缺陷时，界面处的蠕变应力差值较小，蠕变应变没有明显突变;界面处存在孔状缺陷时，蠕变应变沿着筒体径向方向逐渐减小且在界面处保持连续。
本文研究结果为复合钢板在高温工况下使用提供了可靠的理论依据。
复合钢板;界面效益;高温蠕变;孔状缺陷;数值模拟
太原理工大学
硕士
化工过程机械
段滋华
2013
中文
TG162.83
116
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）