C型环高温应力腐蚀有限元模拟及分析

bb20920d · 发表于 2022-4-15 16:10:13

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应力腐蚀是金属材料在力和环境作用下的一种早期破坏形式，由于造成的危害很大，各国学者很早就开展了相关研究，随着有限元技术的发展，有限元技术在应力腐蚀研究中已经展露头角。C型环高温应力腐蚀实验是一个衡量金属材料在高温环境中抗环向拉应力腐蚀破裂敏感性能的国家标准。本文以C型环的高温腐蚀实验为模拟对象和载体，进行模拟研究：以加载模型为对象，建立不同条件下C型环有限元加载模型；通过对应力腐蚀“膜破裂”理论进行调研，获得了“膜破裂”时氧化膜的临界破裂应变，基于有限元分析软件ANSYS、APDL语言、子模型技术和单元生死技术以及材料高温性能，进行二维高温应力腐蚀裂纹扩展模拟和三维多类型缺陷生长模拟。C型环加载模型有限元计结果与国标经验公式计算结果之间的误差与C型环外径、厚度和目标应力之间的关系表明，在外径/厚度较小时两者之间的误差较小，而尺寸不变时，误差基本不变。高温C型环应力腐蚀实验显示腐蚀缺陷与周向应力成正比。对于高温应力腐蚀裂纹扩展的二维模拟，本文研究了不同膜破裂次数、不同原始缺陷尺寸、不同“膜破裂”判据值和不同加载状态下的裂纹扩展状态，获得了与前人相近的模拟结果，取得了与实验结果相似的裂纹形貌。裂纹在扩展过程呈现三个阶段：“缓慢增加-线性增加-缓慢增加”：裂纹“线性增加”阶段即稳定扩展阶段时的起始裂纹长度为0.05mm左右。对“膜破裂”判据的研究表明，10-3数量级的临界应变值影响裂纹的范围太广，应精确至10-4，同时在进行研究的判据中0.0015为最优。对于腐蚀缺陷生长的三维有限模拟，本文模型能进行连续状态模拟，获得了与文献结果相近的点蚀-裂纹转变的模拟过程和结果，并且通过缺陷生长数据表明，应力应变干涉作用对腐蚀过程有明显的促进作用。

C型环高温应力腐蚀有限元模拟及分析

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