复杂加载条件下压力容器典型用钢疲劳蠕变寿命预测方法
基于裂纹扩展的两级加载下的疲劳 蠕变寿命预测
± ｔ ｍ ± ｔ ｍ
虑疲劳 与 蠕 变 的 交 互 作 用 时， 裂纹扩展速率表达式
９ ］ 为［ ： ｍ ｄ ａ ／ ｄ Ｎ ＝Ｃ （ Ｊ Ｊ ） ＝ Δ １ Ｐ ＋Δ ｃ ２ ｍ Ｃ ［ ２ Ｙ ａ （ ＷＰ ＋Δ Ｗｃ ） π Δ １
＋ Ｗｍ ＝２ σ （ ｔ ） ｄ ｔ Δ ε ｃ ０
＋ ｔ ｍ
图 ２中， 一个周期的迟滞回线图形外围轮廓线面积 等于该周期中材料吸收的应变能密度增量， 其中仅拉应 力作用的正值面积才是使裂纹扩展的有效面积 Δ Ｗｔ ， 图 ２中绿色部分面积为纯疲劳的 Δ Ｗｐ ， 灰色部分面积为蠕 Ｗｃ ， 若零应力点 Ｏ的位置 Δ ０－σ 则 变的 Δ σ ｏ＝ ｍ ｉ ｎ不同， 有效面积值不同。 １ ２ 纯疲劳的有效应变能密度增量 纯疲劳的有效应变能密度增量值即图 ２中的绿色 部分的面积。该面积的轮廓线 Ｏ－ ｅ 段为加载的弹性变 形段， ｅ － ２段非弹性变形段， 非弹性应变计算式为： （ ） ／ Ｋ ′ ］ Δ ε σ ｐ ＝［ ｍ ａ ｘ －σ ｅ
Ｖ ｏ ｌ ２ ７ Ｎ ｏ ４ Ａ ｕ ｇ ２ ０ １ ４
文章编号： １ ６ ７ ３ １ ５ ４ ９ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４ ０ ０ ２ ４ ０ ５
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． １ １ ８ ６ ３ ／ ｊ ． ｓ ｕ ｓ ｅ ． ２ ０ １ ４ ． ０ ４ ． ０ ７
∫
∫
（ １ ５ ）
设第二级载荷稳定循环的有效应变 初始长度 ａ ０到 ａ １； 能密度为 Δ Ｗｔ ， 循环次数为 Ｎ ， 裂纹长度从 ａ ２ ２ １ 到临界 断裂长度 ａ 分离变量后： ｆ；
P91钢蠕变-疲劳交互作用应变特征与寿命预测
应变影响 了蠕变一 疲劳交互寿命 ，其增速率 随着材料寿命 的减小而增大 。寿命 预测结 果与试 验结果吻合较
好 ，９ ％的 数据 点 落 于 ２倍 误 差带 范 围 之 内 。研 究结 果 为 Ｐ １ ５ ９ 钢蠕 变 疲 劳寿 命 预 测提 供 了 理论 和 实 验基 础 。 关键 词 ：Ｐ １ ；蠕 变 一 劳 ；寿 命 预 测 ：应 变 特 征 ；试 验 ９钢 疲
验 ． 前 大 都 采 用 应 变 控 制 … 和 应 力 控 制 ２种 方 目
式 Ｇｏ ｗａ ｓ ｍｌ不 Ｓ ｉ ｉ ａ ａ 只 １ —Ｍ ｏ Ｖ 、 ． ５ —Ｍ ｏ、 口 ｒｎ ｖ ｓ ｎ 于 Ｃｒ — １ ２ Ｃｒ
２２ Ｃ Ｍｏ ９ ｒ Ｍｏ 和 ３ ６ 钢 采 用 应 变 加 载 方 式 ．５ 、Ｃ — １Ｌ 研 究 了 应 变 幅 和 保 持 时 间 对 材 料 蠕 变 疲 劳 性 能 的 影 响 Ｊ 对 于 应 力 控 制 下 的 蠕 变 一 劳 试 验 ． 国 疲 陈
能 研 究 和 寿 命 预 测 做 了 较 为 深 入 研 究 １ ． 们 考 虑 ２他 ］ 了 拉 伸 保 持 时 间 ． 保 载 阶 段 的 应 力 松 弛 和 试 验 过 程
的氧 化 因 素 等 对 Ｐ ９１钢 的 蠕 变 疲 劳 的 影 响 其 他 方 面关 于 应 力控 制 下 Ｐ ９１钢 蠕 变 一 劳 交 互 作 用 下 的 疲 应 力 应 变 性 能 研 究 ． 以 及 寿 命 预 测 的 方 面 文 献 并 未 多 见 因 此 ． 中 基 于 应 力 下 的 Ｐ ｌ钢 蠕 变 疲 劳 试 文 ９
压力容器疲劳寿命预测与控制研究
压力容器疲劳寿命预测与控制研究压力容器是工业中常见的设备，在许多生产领域都有广泛的应用。
由于压力容器要承受内部介质的高压力，因此其材料必须具有优异的力学性能和强度。
然而，即使是最优秀的材料，在长时间的使用过程中也容易出现变形和疲劳，这会极大地威胁到生产安全和工作效率。
因此，研究压力容器疲劳寿命的预测和控制方法变得尤为重要。
1. 压力容器疲劳破坏机理压力容器的疲劳破坏机理是由于容器内外介质的压力变化引起的。
在容器受到压力加载时，材料会发生应力的集中和变形。
随着压力的变化，这种应力集中和变形会反复发生，使得材料在这样的交替应力下逐渐疲劳，最终导致疲劳破坏。
因此，了解和预测压力容器的疲劳寿命，需要深入探究上述机理。
2. 压力容器疲劳寿命预测的方法由于压力容器的经验性和非线性特性，对其疲劳寿命的准确预测十分有挑战。
因此，研究人员开发出了各种方法来预测疲劳寿命。
2.1 菲利普斯法则菲利普斯法则是一种常用的预测疲劳寿命的方法。
该方法基于最大应力原理，考虑到疲劳断裂前的裂纹扩展，假设其中任何一个瞬间，裂纹的尺寸均以速率da/dN扩展，而a为裂纹有效长度。
因此，根据裂纹尖端应力集中系数、裂纹深度和材料的常数，可以得出菲利普斯方程式来预测疲劳寿命。
2.2 贝尔曼方程贝尔曼方程是一种基于概率统计的预测方法。
该方法根据疲劳断裂模型，将材料的疲劳寿命视为一个随机事件，由贝尔曼方程表达。
在此基础上，可以利用统计学方法，通过分析裂纹的扩展、应力水平和疲劳载荷循环次数等参数，预测压力容器的寿命。
2.3 有限元法有限元法是一种在计算机上进行疲劳分析的方法。
该方法将材料抽象为无数个微小元素，然后对其进行数学建模，利用计算机模拟这些微小元素的变形和破裂，从而预测材料的疲劳寿命。
该方法可以对不同形状和大小的压力容器进行数值模拟，具有高度准确性和实际意义。
3. 压力容器疲劳寿命控制的方法为了延长压力容器的寿命，需要对其进行有效的控制。
金属材料 蠕变-疲劳损伤评定与寿命预测方法-2023最新国标
目次目次 (I)前言.............................................................................................................................................................. I I 引言 (III)1 范围 (1)2 规范性引用文件 (1)3 术语和定义 (1)4 符号和说明 (3)5 原理 (4)6 基础试验 (4)7 蠕变-疲劳损伤评定图基本步骤 (5)8 高温结构蠕变-疲劳损伤评定和寿命预测程序 (9)附录A（资料性）应变能密度耗散蠕变-疲劳寿命预测模型参数拟合方法 (15)附录B（资料性）非弹性分析 (17)参考文献 (20)I金属材料蠕变-疲劳损伤评定与寿命预测方法1 范围本文件规定了金属材料蠕变-疲劳损伤评定与寿命预测方法相关的术语和定义、符号和说明、原理和基础试验，给出了蠕变-疲劳损伤评定图建立的基本步骤，确定了高温结构蠕变-疲劳损伤评定和寿命预测的程序。
本文件适用于大气环境下承受蠕变-疲劳载荷的无宏观缺陷金属材料以及裂纹萌生临界区域的高温结构。
2 规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。
其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修订单）适用于本文件。
GB/T 2039 金属材料单轴拉伸蠕变试验方法GB/T 15248 金属材料轴向等幅低循环疲劳试验方法GB/T 26077 金属材料疲劳试验轴向应变控制方法GB/T 38822 金属材料蠕变-疲劳试验方法3 术语和定义GB/T 38822界定的下以及列术语和定义适用于本文件。
3.1循环周次number of cycle在加载过程中，试验控制变量应变随试验时间变化的不可重复拆分的最小波形单元为一个循环周次，见图1a）。
基于ANSYS的压力容器疲劳分析与寿命预测
基于ANSYS的压力容器疲劳分析与寿命预测压力容器是工业生产中常见的设备之一，用于贮存和运输气体、液体或固体，承受着巨大的压力。
然而，由于长期的工作环境和作用力的影响，压力容器会出现疲劳现象，而疲劳失效可能导致严重事故甚至生命危险。
为了确保安全运行和提高使用寿命，进行压力容器疲劳分析与寿命预测是至关重要的。
压力容器的疲劳分析与寿命预测是一个复杂的工程问题，涉及多学科的知识。
在传统的方法中，工程师们通常依赖经验公式和试验数据进行分析，但这种方法存在一些不足之处。
首先，准确度受限于实验条件和试验数据的局限性。
其次，由于压力容器结构的复杂性，传统的方法难以考虑到各种工况变化以及应力分布的不均匀性。
因此，利用计算机辅助工程（CAE）软件进行压力容器的疲劳分析与寿命预测具有重要意义。
ANSYS作为一种强大的CAE软件，在压力容器疲劳分析的应用上已经被广泛认可。
它提供了多种分析模块，如有限元分析（FEA）、疲劳分析和寿命预测等，能够模拟复杂的结构和加载条件。
通过ANSYS的建模和分析工具，工程师们可以更加全面地了解压力容器的应力状态，并准确评估疲劳寿命。
在使用ANSYS进行压力容器疲劳分析时，首先需要进行几何建模和网格划分。
通过建模软件，可以创建一个精确的三维几何模型，并对其进行网格划分以获取一个合适的离散化模型。
然后，根据实际情况设置边界条件、加载条件和材料参数等。
在设定完成后，进行有限元分析，求解得到压力容器的应力分布。
接下来，进行疲劳分析和寿命预测。
ANSYS提供了多种疲劳分析模块，如低周疲劳、高周疲劳和疲劳寿命预测等。
根据所需分析的类型选择相应的模块，并输入相应的参数，如材料的SN曲线、载荷历程等。
通过对应力历程和SN曲线的相互作用进行计算，可以预测压力容器的疲劳寿命。
此外，还可以基于不同的疲劳损伤准则，如线性累积损伤准则、短模拟疲劳准则等，对容器的疲劳寿命进行评估和预测。
除了以上提到的分析方法，ANSYS还提供了一些辅助工具来进行压力容器的疲劳分析与寿命预测。
高温部件蠕变-疲劳寿命预测方法
高温部件蠕变-疲劳寿命预测方法赵雷;宋恺;徐连勇;郑相锋;林正根【期刊名称】《电力科技与环保》【年(卷),期】2023(39)1【摘要】近10年来,火电、燃机等发电机组面临调峰运行,机组的运行模式将逐步从恒定载荷状态向间歇载荷状态发生转变。
间歇载荷模式下机组结构件不仅要承受高温蠕变损伤,同时还会承受由温度、应力波动产生的高温疲劳损伤。
因此,研究蠕变-疲劳载荷条件下材料的交互损伤规律,开发准确的蠕变-疲劳寿命预测模型,探索不同控制模式下的蠕变-疲劳试验方法是该领域研究的热点问题之一。
考虑机组部件的实际工况,应变控制模式下的蠕变-疲劳试验被广泛采用。
同时,介绍了一种新型应变-应力混合控制模式下的蠕变-疲劳试验方法。
该方法通过控制保载阶段的应力以及时间,可以更好的研究蠕变损伤在蠕变-疲劳交互作用中的影响。
时间分数法、延性耗散法、应变能密度耗散法以及基于上述三种方法的修正模型已经被广泛用于蠕变-疲劳寿命预测领域。
在这些寿命预测方法中,材料在保载阶段产生的应力松弛行为也是研究的重点内容。
通过对预测结果进行对比,讨论了不同应力松弛模型的优势与不足。
【总页数】9页(P26-34)【作者】赵雷;宋恺;徐连勇;郑相锋;林正根【作者单位】天津大学材料科学与工程学院;天津市现代连接技术重点实验室;国能锅炉压力容器检验有限公司;国家能源集团科学技术研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TG407【相关文献】1.镍基高温合金疲劳-蠕变寿命预测的临界面损伤方法2.汽轮机转子钢高温蠕变疲劳寿命预测方法3.电站高温部件蠕变寿命预测方法现状4.一种TiAl合金的高温疲劳-蠕变交互力学行为与寿命预测方法5.金属材料高温疲劳-蠕变寿命预测方法研究进展因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
复杂机械结构的疲劳寿命评估与预测
复杂机械结构的疲劳寿命评估与预测引言随着科技的不断进步，复杂机械结构在各个领域的应用日益广泛。
然而，由于长时间的运行和外部环境条件的变化，机械结构容易出现疲劳破坏。
因此，对复杂机械结构的疲劳寿命进行评估与预测显得尤为重要。
本文将探讨疲劳寿命评估与预测的方法、挑战以及未来的发展趋势。
疲劳寿命评估的方法1. 实验方法实验方法是目前疲劳寿命评估的主要手段之一。
通过在实验室中对机械结构进行加荷试验，可以模拟实际工况下的负荷情况，从而得出结构的疲劳寿命。
这种方法的优点是准确性高，能够获取可靠的数据。
然而，实验方法也存在一些限制，如成本高、周期长和难以覆盖全部工况等。
2. 数值模拟方法数值模拟方法基于有限元分析的原理，通过仿真计算机械结构在不同工况下的应力、应变分布，进而预测其疲劳寿命。
相对于实验方法，数值模拟方法具有成本低、速度快和对不同工况的适应性强等优点。
然而，数值模拟方法也存在一定的局限性，如模型精度、材料参数的获取以及边界条件的确定等问题。
疲劳寿命预测的挑战1. 多因素耦合现实中复杂机械结构的疲劳破坏往往受到多种因素的耦合作用，如载荷、温度、工作介质等。
这些因素的相互作用会使疲劳行为变得十分复杂，因此疲劳寿命的预测具有一定的挑战性。
2. 材料的不均匀性由于材料的不均匀性，如晶粒尺寸、夹杂物等，机械结构在疲劳过程中会出现的应力集中效应导致局部破坏。
而这些局部破坏往往是疲劳破坏的源头，因此对材料的不均匀性进行准确的建模成为疲劳寿命预测的难点之一。
未来的发展趋势1. 多尺度模型针对复杂机械结构疲劳寿命的评估与预测，未来的发展趋势之一是多尺度模型的构建。
通过将宏观力学模型与细观材料模型相结合，可以更准确地描述材料的疲劳行为，提高疲劳寿命预测的精度。
2. 人工智能与大数据近年来，人工智能与大数据的快速发展，为疲劳寿命评估与预测提供了新的思路。
通过对大量的实验数据进行分析和挖掘，结合机器学习等算法，可以建立更为精确的模型，实现对复杂机械结构疲劳寿命的预测。
金属材料的疲劳寿命预测方法
金属材料的疲劳寿命预测方法随着科技的进步和应用范围的不断扩大，金属材料的质量和性能也受到越来越多的关注。
在工业生产和机械制造等领域，金属材料的疲劳寿命是一个非常重要的问题。
疲劳是材料的强度下降和塑性增加的结果，如果不及时发现和修复疲劳损伤，将会导致设备的损坏、事故的发生等严重后果。
因此，如何预测金属材料的疲劳寿命成为了一个非常关键的问题。
金属材料的疲劳寿命是指材料在受到周期性载荷作用下，能够承受多少次循环载荷后失效。
在预测金属材料的疲劳寿命时，需要考虑到材料固有的疲劳性能、载荷的类型和大小、应力状态等因素。
目前广泛应用的预测方法主要包括经验公式法、应变控制法、损伤累积法等。
经验公式法是一种简单易用的预测方法，在实践中得到了广泛的应用。
这种方法基于试验数据和统计分析技术进行预测，通常需要铸造出一批样品进行试验，以获取材料的疲劳性能数据。
通过对试验数据进行处理，可以得到不同载荷下的疲劳极限、疲劳强度指数等参数，从而预测金属材料在一定载荷下的疲劳寿命。
虽然经验公式法比较简单易用，但是其缺点也比较明显，因为其基于试验数据进行预测，所以预测结果的可靠性和精度会受到影响。
应变控制法是应用比较广泛的一种预测方法。
这种方法是通过控制材料的应变状态来进行预测的。
通常采用交变应变控制方式，即施加一个正应变和一个负应变交替作用在试样上，从而掌握材料的疲劳性能。
通过对试验数据进行分析，可以得到疲劳生命余弦函数曲线和应力应变幅值曲线等数据，从而预测疲劳寿命。
与经验公式法相比，应变控制法可以更好地反映材料的实际应力状态，预测结果更可靠。
损伤累积法是一种比较复杂的预测方法，其基础是构建材料疲劳损伤和循环次数之间的关系模型。
因为材料在循环载荷的作用下会发生疲劳损伤，损伤会逐渐积累，直到积累到一定程度后就会导致材料失效。
损伤累积法需要考虑到材料的疲劳性能、载荷历史、疲劳损伤机制等因素，其预测结果更加精细和可靠。
然而，进行此类预测需要获取大量数据，设备昂贵，复杂度比较高。
一种预测疲劳及蠕变寿命的新方法
一种预测疲劳及蠕变寿命的新方法
翟已
【期刊名称】《西南交通大学学报》
【年(卷),期】1992(000)006
【摘要】本文利用灰色控制系统理论的基本原理,提出了一种低周疲劳、蠕变寿命预测的新方法,并成功地进行了预测,其精度优于常用预测方法,而且所需数据点少。
对于耗费机时、财力的疲劳、蠕变问题具有实用价值。
【总页数】5页(P42-46)
【作者】翟已
【作者单位】西安交通大学应用力学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】U
【相关文献】
1.拉一拉应力条件下蠕变疲劳寿命预测新方法 [J], 苏翰生;何晋瑞
2.一种疲劳蠕变交互作用寿命预测模型及试验验证 [J], 陈凌;张贤明;欧阳平
3.一种压力容器常用钢疲劳及疲劳蠕变寿命预测方法 [J], 艾志斌;范志超;陈学东;陈凌;蒋家羚
4.一种预测汽轮机转子钢高低周复合疲劳寿命的新方法 [J], 石红梅;侯伟
5.一种TiAl合金的高温疲劳-蠕变交互力学行为与寿命预测方法 [J], 董成利;胡晓安
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
蠕变—热疲劳可靠寿命预测的若干问题研究
蠕变—热疲劳可靠寿命预测的若干问题研究一、本文概述本文旨在深入研究蠕变与热疲劳对材料可靠寿命的影响，并探讨相关的预测方法。
蠕变是指在恒定温度和应力作用下，材料随时间发生的不可逆变形，而热疲劳则是由材料在循环热负荷下产生的内部损伤。
这两种现象在诸多工程领域，如航空航天、能源、化工等都有着广泛的应用背景。
本文将首先概述蠕变和热疲劳的基本概念、产生机理及其对材料性能的影响。
随后，我们将深入探讨现有可靠寿命预测模型的优缺点，并重点分析影响蠕变和热疲劳寿命的关键因素，如材料属性、环境条件和载荷谱等。
在此基础上，我们将研究并提出改进的寿命预测模型，以提高预测的准确性和可靠性。
本文还将关注蠕变与热疲劳交互作用对材料性能的影响，探讨在复杂工况下如何综合考虑这两种因素进行寿命预测。
我们将通过理论分析和实验研究相结合的方法，揭示蠕变与热疲劳交互作用的机理，为建立更加完善的寿命预测模型提供理论基础。
我们将总结本文的主要研究成果，并展望未来的研究方向。
本文的研究不仅有助于推动蠕变与热疲劳理论的发展，也将为工程实践提供更加准确、可靠的寿命预测方法，对于提高设备的安全性和经济性具有重要意义。
二、蠕变与热疲劳的交互作用机制蠕变与热疲劳是材料在高温环境下常见的两种失效模式，它们各自独立存在时，对材料性能的影响已经相当显著。
然而，当蠕变与热疲劳共同作用时，它们的交互作用机制将变得更为复杂。
这种交互作用不仅影响材料的力学行为，还对其疲劳寿命产生显著影响。
蠕变是指材料在持续高温和应力作用下，随时间发生的缓慢塑性变形。
蠕变过程中，材料的微观结构会发生变化，如晶界滑移、位错运动等，导致材料性能的逐渐退化。
热疲劳则是指材料在周期性温度变化下，由于热应力的反复作用而产生的疲劳损伤。
热疲劳过程中，材料的热膨胀系数、导热率等热物理性能会发生变化，进而影响其力学性能和疲劳寿命。
蠕变与热疲劳的交互作用主要体现在以下几个方面：蠕变过程中产生的塑性变形会改变材料的应力分布，从而影响热疲劳过程中的应力集中和裂纹萌生。
常见的金属材料高温疲劳-蠕变寿命估算方法
常见的⾦属材料⾼温疲劳-蠕变寿命估算⽅法在⼯程上，许多结构部件长期运⾏在⾼温条件下，如⽕⼒发电设备中的汽轮机、锅炉和主蒸汽管道，⽯油化⼯系统中的⾼温⾼压反应容器和管道，它们除了受到正常的⼯作应⼒外，还需承受其它的附加应⼒以及循环应⼒和快速较⼤范围内的温度波动等作⽤，因此其寿命往往受到蠕变、疲劳和蠕变-疲劳交互作⽤等多种机制的制约。
疲劳-蠕变交互作⽤是⾼温环境下承受循环载荷的设备失效的主要机理，其寿命预测对⾼温设备的选材、设计和安全评估有⼗分重⼤的意义，⼀直是⼯程界和学术界⽐较关⼼的问题，很多学者提出了相应的寿命预测模型。
本⽂对常见的寿命估算⽅法进⾏简单的介绍。
”寿命-时间分数法对于疲劳-蠕变交互作⽤的寿命估算问题主要采⽤线性累积损伤法，⼜叫寿命-时间分数法。
寿命时间分数法认为材料疲劳蠕变交互作⽤的损伤为疲劳损伤和蠕变损伤的线性累积，如下式所⽰：其中Nf为疲劳寿命，从ni为疲劳循环周次，tr为蠕变破坏时间，t为蠕变保持时间。
该⽅法将分别计算得到的疲劳损伤量和蠕变损伤量进⾏简单的相加，得到总的损伤量，计算⼗分简单，不过需要获得相应温度环境下纯蠕变和纯疲劳的试验数据。
由于该⽅法没有考虑疲劳和蠕变的交互作⽤，其计算结果和精度较差。
为了克服不⾜，提⾼计算精度，研究⼈员提出了多种改进形式。
例如谢锡善的修正式如下：Lagneborg提出的修正式如下：上述式⼦中，n为交互蠕变损伤指数，1/n为交互疲劳损伤指数，A、B为交互作⽤系数。
两个修正表达式均增加了交互项，可以⽤来调整累积损伤法的预测结果和实验结果之间误差，极⼤地提⾼了预测结果的可靠性。
频率修正法(FM法)及频率分离法(FS法)⽬前，⼯程上⼴泛使⽤的疲劳-蠕变寿命估算⽅法⼤多数都是基于应变控制模式的估算⽅法。
频率修正法是Coffin提出来的，认为低周疲劳中主要损伤是由塑性应变所引起的，Eckel在此基础上提出以下公式：式中：tf为破坏时间，K为依赖温度的材料常数，ϑ为频率，Δεp为塑性应变范围。
压力容器的疲劳寿命预测与评估研究
压力容器的疲劳寿命预测与评估研究压力容器是一种重要的工业设备，广泛应用于石化、冶金、电力等行业。
在实际工作过程中，由于压力容器承受着很大的压力和温度变化，容器壁存在疲劳损伤的可能。
为了保证生产的安全性和可靠性，疲劳寿命预测与评估研究成为压力容器研究的重要内容。
本文将通过综述现有文献，介绍压力容器疲劳寿命预测与评估的研究现状。
一、疲劳寿命预测的方法1.纯数学方法疲劳寿命预测的一种方法是采用数学模型来描述材料的疲劳性能。
通常采用的数学模型包括S-N曲线、Smith-Watson-Topper模型和Paris法则等。
S-N曲线是一种经验公式，描述应力水平和寿命的关系。
Smith-Watson-Topper模型是基于位错理论和裂纹扩展机制，考虑了应力比的影响。
Paris法则是一种经验公式，描述裂纹扩展速率和应力强度因子、材料参数的关系。
2.基于实验数据的方法疲劳寿命预测的另一种方法是基于实验数据的统计分析。
这种方法通常采用的是最小二乘法、极大似然法等统计学方法，通过实验数据的分析得出S-N曲线、疲劳极限和疲劳指数等参数，以预测材料的疲劳寿命。
二、压力容器疲劳寿命评估的方法对于已经服役的压力容器，需要进行疲劳寿命评估，以保证其安全性和可靠性。
疲劳寿命评估通常包括以下步骤：1.获取材料性能数据首先需要获取材料的力学性能、化学成分和疲劳裂纹扩展性能等相关数据，以了解材料的特性和实际工作条件下的应力水平。
2.计算应力历程在实际工作条件下，压力容器的应力状态是复杂的，需要通过有限元分析等手段来得到应力历程，以评估容器的疲劳寿命。
3.预测疲劳寿命采用数学模型或基于实验数据的方法，结合应力历程，预测疲劳寿命。
需要考虑疲劳裂纹的尺寸和扩展速率等影响因素。
4.评估疲劳寿命将预测得到的疲劳寿命与容器的设计寿命进行对比，以评估容器是否达到了设计寿命，是否需要进行修复或更换。
三、研究现状目前，疲劳寿命预测与评估研究主要集中在以下几个方面：1.基于材料试验数据的疲劳寿命预测模型的发展。
压力容器疲劳寿命预测与安全评估方法研究
压力容器疲劳寿命预测与安全评估方法研究压力容器在现代工业生产中扮演着重要的角色，广泛应用于化工、核能、航空航天等领域。
然而，由于长期受到高压力、高温、腐蚀等因素的影响，压力容器容易发生疲劳破坏，给生产安全带来潜在风险。
因此，研究压力容器的疲劳寿命预测与安全评估方法非常重要。
首先，要确定压力容器的疲劳寿命，需要了解容器材料的疲劳性能。
常见的疲劳性能描述参数有疲劳极限、疲劳强度和疲劳寿命等。
疲劳极限是指在一定试验条件下，材料能够承受的最大疲劳应力，超过该应力材料就会发生疲劳破坏。
疲劳强度则是在一定寿命要求下，材料能够承受的最大应力，超过该应力寿命就会达不到要求。
根据这些参数，可以通过试验或者数值模拟等方式来确定压力容器的疲劳寿命。
其次，基于材料的疲劳性能，可以通过疲劳寿命预测方法来评估压力容器的安全性。
常用的疲劳寿命预测方法有应力强度因子法、应变能释放率法和线性弹性断裂力学方法等。
应力强度因子法是一种基于弹性断裂力学的方法，通过计算容器内的应力分布和裂纹尖端应力强度因子，来得到裂纹扩展速率，从而预测容器的疲劳寿命。
应变能释放率法则是在非弹性条件下，通过计算裂纹尖端的应变能释放率，来预测容器的疲劳寿命。
线性弹性断裂力学方法则将容器的疲劳破坏看作是线性弹性裂纹扩展导致的断裂，通过计算应力强度因子范围来定量评估容器的寿命。
此外，为了提高疲劳寿命预测的准确性，还可以考虑材料的微观结构和尺度效应。
从微观结构来看，材料的晶界、位错和二相组织等缺陷对疲劳寿命有重要影响。
例如，晶界能够增加裂纹扩展的阻力，从而延缓疲劳破坏的发生。
此外，位错也能够参与裂纹扩展过程，影响容器的寿命。
另外，尺度效应也是一个需要考虑的因素。
尺度效应主要指的是在小尺寸材料中，由于尺寸效应的存在，疲劳寿命会发生变化。
因此，结合微观结构和尺度效应，可以更准确地预测压力容器的疲劳寿命。
最后，为了保证压力容器的安全运行，还需进行安全评估。
安全评估的目标是对容器的结构强度进行检验，确认容器是否能够在运行时承受设计要求的压力和温度。
蠕变疲劳共同作用下寿命估算方法
材 料 工 程 ! 8 ; ; ;年 6 6期
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金属材料 蠕变-疲劳损伤评定与寿命预测方法
金属材料蠕变-疲劳损伤评定与寿命预测方法
金属材料的蠕变和疲劳损伤评定以及寿命预测是关键的工程问题。
蠕变是材料在高温和持续应力下发生的时间依赖性塑性变形，而疲劳损伤是材料在交变应力循环下发生的裂纹扩展和断裂。
以下是一些常用的方法来评定蠕变-疲劳损伤和预测材料的寿命。
1. 材料试验和数据分析：进行蠕变和疲劳试验，测量材料的应力-应变行为以及蠕变-疲劳曲线。
基于试验数据，可以进行数据分析，拟合材料的蠕变和疲劳本构关系，得到材料的应力-应变和寿命模型。
2. 应力分析和有限元模拟：通过对材料的应力场进行分析，可以评估蠕变和疲劳损伤的分布情况。
有限元模拟可以帮助预测材料在不同应力和温度条件下的蠕变和疲劳性能。
3. 微观组织和断裂分析：通过对金属材料的微观组织和断裂特征进行观察和分析，可以了解材料的蠕变和疲劳机制，并根据材料的微观结构特征来预测寿命。
4. 寿命模型：基于试验数据和数据分析结果，可以建立蠕变-疲劳寿命模型来预测材料在给定条件下的寿命。
常用的寿命模型包括线性累积损伤模型、时间温度等价原则模型、层析分形模型等。
综上所述，金属材料的蠕变-疲劳损伤评定与寿命预测涉及材料试验和数据分析、应力分析和有限元模拟、微观组织和断裂
分析以及寿命模型的建立。
这些方法可以帮助工程师和科学家评估金属材料的蠕变-疲劳性能，并预测其在实际工程应用中的寿命。
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第45卷第2期2009年2月机械工程学报JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERINGVol.45N o.2Feb. 2009DOI：10.3901/JME.2009.02.081复杂加载条件下压力容器典型用钢疲劳蠕变寿命预测方法*陈学东范志超江慧丰董杰(合肥通用机械研究院国家压力容器与管道安全工程技术研究中心合肥 230031)摘要：针对多轴应力状态，探讨压力容器典型用钢16MnR缺口试样的高温疲劳与循环蠕变交互作用行为，在延性耗竭理论和损伤力学基础上，建立一种半寿命平均位移速率寿命预测模型，采用该方法对不同缺口半径试样的高温疲劳寿命进行了较好的预测。
针对多级加载条件，研究316L钢的循环变形行为，探讨疲劳蠕变与动态应变时效之间的耦合作用，在延性耗竭理论基础上，建立非线性损伤演化模型，考虑多级加载时的载荷历程效应，提出一种新的损伤累积准则，采用该方法对二级加载条件下的疲劳蠕变寿命进行了较好的预测。
关键词：多轴多级疲劳蠕变损伤寿命预测中图分类号：O346.2 TG142.33Creep-fatigue Life Prediction Methods of Pressure Vessel Typical Steelsunder Complicated Loading ConditionsCHEN Xuedong FAN Zhichao JIANG Huifeng DONG Jie(National Engineering Technology Research Center on PVP Safety,Hefei General Machinery Research Institute, Hefei 230031)Abstract：With emphasis on complicated loading conditions, i.e. multi-axial loading condition and multi-step loading condition, creep-fatigue behavior and life prediction methods are investigated for typical steels of pressure vessels. As to multi-axial loading condition, the interaction behavior between high temperature fatigue and cyclic creep is discussed for 16MnR notched specimens and a mean displacement rate life prediction method is proposed on the basis of ductility exhaustion theory and damage mechanics. By this method, high temperature fatigue lives are well predicted for specimens with different notch radiuses. As to multi-step loading condition, cyclic deformation behavior is investigated for 316L steel and creep-fatigue interaction coupled with dynamic strain aging effect is also discussed. Based on the ductility exhaustion theory, a nonlinear damage evolution model is developed. Moreover, a new damage cumulated rule is proposed with the load history effect taken into account. By using this model, 2-step creep-fatigue lives are well predicted.Key words：Multi-axis Multi-step Creep-fatigue Damage Life prediction0 前言高温环境下长期服役的压力容器在设计和安全评定时除了要考虑疲劳损伤、蠕变损伤及疲劳蠕变交互作用损伤外，还要考虑多轴载荷、多级载荷* “十一五”国家科技支撑计划专题(2006BAK02B02-02)和安徽省优秀青年基金(08040106827)资助项目。
20081118收到初稿，20081225收到修改稿等复杂条件对承压设备寿命的影响。
本课题组在“十五”科技攻关期间，主要针对压力容器典型材料开展了高温疲劳及疲劳蠕变交互作用行为研究[1-3]，分别从能量、韧性、延性角度提出了几种高温疲劳蠕变寿命预测和损伤评估方法[4]。
但前期研究并没有考虑复杂应力状态和复杂加载历史对疲劳及疲劳蠕变行为的影响，而实际承压设备的缺口或应力集中部位始终是整个结构的薄机械工程学报第45卷第2期82弱环节，是影响结构寿命的关键因素。
虽然目前有很多高温多轴疲劳寿命预测方法，如等效应变法、能量法[5]、临界平面法[6]等，但大都要涉及到材料精确的本构关系，若此时高温疲劳过程中还伴随着循环蠕变现象，则其本构模型更为复杂，目前建立的各种本构模型尚无法对其进行很好描述[7-8]。
因此研究多轴载荷下常用材料的疲劳蠕变行为及便于应用的寿命预测方法非常重要。
此外，复杂的温度和载荷波动将引入载荷历程效应，此时若采用工程上常用的线性寿命分数法[9]，寿命预测结果误差往往较大，要么偏于危险，要么过于保守。
而连续损伤力学可用非线性的方式累积疲劳蠕变损伤，从而能够计及载荷历程效应，因而在常温变幅疲劳及高温常幅疲劳蠕变寿命预测等方面得到了一定应用[10-12]，但针对高温变幅载荷下的疲劳蠕变寿命预测方面的研究还很少。
因此，针对复杂加载情况，研究发展基于非线性连续损伤力学的疲劳蠕变寿命预测方法具有重要意义。
本文针对多轴应力状态，通过不同缺口半径试样的高温疲劳试验，研究了疲劳与循环蠕变共同作用下的循环行为，在延性耗竭理论和损伤力学有效应力概念基础上，建立了一种半寿命平均位移速率寿命预测模型；针对多级加载条件，开展了316L 钢单级和两级疲劳蠕变试验，探讨了疲劳蠕变与动态应变时效之间的耦合作用，在延性耗竭理论基础上，建立了一种非线性损伤演化模型，并考虑载荷历程效应，提出了一种新的损伤累积准则，采用该方法对二级加载条件下的疲劳蠕变寿命进行了较好的预测。
1 多轴应力状态1.1缺口及光滑试样的循环蠕变行为材料为热轧态16MnR钢，其化学成分(质量分数)为：0.14C、0.27Si、1.32Mn、0.004S、0.012P、0.07Ni、0.06Cr、0.018Ti，Fe为基体金属。
沿轧制方向取样，制成光滑试样和不同半径的半圆形缺口试样，在MTS-809试验机上进行高温疲劳试验，温度为420 ℃，环境为实验室大气。
试验方式为应力控制、脉动循环(应力比R=0)、正弦波加载。
机加工后的缺口试样不可避免地会偏离原来设计尺寸，为提高寿命预测精度，对各试样缺口实际半径、缺口偏心距进行了测量。
同时为简化起见，以16MnR钢420 ℃时的单调拉伸应力应变关系代替复杂的应力－循环蠕变本构关系，并采用ANSYS 有限元软件计算缺口根部的应力分布。
光滑试样和缺口试样的高温疲劳试验结果如下表所示。
试验得到典型的应力位移迟滞回线如图1所示，可以看出，迟滞回线在整个寿命期间内不封闭、不稳定，而且发生了循环蠕变现象。
表缺口及光滑试样高温疲劳试验参数及结果试样编号n 缺口根部设计半径R D/mm缺口根部实际半径R/mm缺口偏心距e/mm名义最大应力σNmax/MPa名义最小应力σNmin/MPa加载频率f /Hz缺口根部最大轴向应力σy/MPa平均位移速率ms&/(10–9m/周)疲劳寿命N f /周1 1.25 1.28 0.12 280 0 3.0 561 11.90 18953 2 1.50 1.55 0.23 260 0 3.0 539 5.67 29838 3 1.50 1.59 0.26 250 0 3.0 538 2.79 43566 4 1.75 1.95 0.38 230 0 3.0 512 6.06 29741 5 1.75 1.80 0.19 220 0 3.0 504 0.31 134819 6 2.00 2.05 0.23 210 0 3.0 536 2.10 33276 7 2.00 2.06 0.26 200 0 3.0 501 0.15 168097 8 2.00 2.06 0.13 210 0 3.0 573 34.40 3651 9 2.25 2.14 0.30 220 0 3.0 568 4.32 17693 10 2.25 2.28 0.24 190 0 3.0 562 13.50 1016311 －－－490 0 4.3 － 1 310.00 2 18812 －－－480 0 4.0 －291.00 8341 13 －－－470 0 4.0 －110.00 27302 14 －－－460 0 4.5 －31.90 91863 15 －－－450 0 4.6 －32.50 78494 16 －－－440 0 4.5 －11.40 144743 17 －－－430 0 4.0 － 5.58 238362 18 －－－420 0 4.8 －7.99 3206142009年2月陈学东等：复杂加载条件下压力容器典型用钢疲劳蠕变寿命预测方法83图1 缺口试样典型的应力位移迟滞回线图2给出了缺口试样及光滑试样平均位移的变化规律。
可以看出，光滑试样和缺口试样的循环蠕变在全寿命期间内均可大致分成三个阶段：①初始快速增长阶段，此时循环蠕变速率相当大。
②循环稳定阶段，材料经一定循环周次之后，循环蠕变速率下降到一定数值并稳定下来。
③快速断裂阶段，循环蠕变速率非常大，可能与材料萌生微裂纹有关。
可见，不论是光滑试样，还是缺口试样，材料的破坏都是疲劳与循环蠕变共同作用而使材料延性不断耗竭的结果，只不过缺口试样由于应力集中的存在，循环蠕变基本被限制在缺口附近较小的范围内而不进行传播，从而使得在相同最大应力作用下缺口试样的疲劳强度有所提高。
图2 缺口及光滑试样的平均位移演化规律1.2最大轴向应力寿命预测方法脉动循环时高温疲劳寿命预测要兼顾考虑循环蠕变损伤和疲劳损伤。