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波纹管补偿器的高温疲劳寿命研究

文章出处:责任编辑:河北华洁人气:804发表时间:2017-09-08 14:48:50
 

  在高温环境中,构件的疲劳规律比较复杂,常温环境下得出的疲劳规律不能直接应用于高温下的情况,寿命估算的问题也大有不同。一般认为,当合金的工作温度与合金熔点的比值大于0.5时,这时认为构件处于高温工作状态,构件的蠕变现象就不可忽略。所以高温疲劳研究的是疲劳和蠕变共同作用下的材料力学行为。在高温下的循环载荷就往往会导致蠕变—疲劳断裂,这种破坏行为是一个与时间有关的变形机制。在这种机制下,构件的断裂形式由穿晶断裂(常温低周疲劳的特征)变成了沿晶断裂。沿晶断裂是蠕变断裂的一个重要特征,它是由晶间空穴生长和互连形成的。
  当波纹管补偿器的实际工作温度高于材料的蠕变温度时,波纹管补偿器将受到蠕变与疲劳的相互作用,疲劳寿命明显降低,而且与载荷作用时间有关。
  ASME B31.3规范、ASME BPVCⅧ—1和EJMA标准三者都未给出处于材料蠕变温度范围内的波纹管补偿器设计。
  为了研究金属波纹管补偿器的疲劳寿命和蠕变—疲劳的相互影响,以及寻求一种高温运行的波纹管寿命的预测方法,同时为波纹管分析设计提供数据,S.yamamoto对名义内径为φ300mm和φ1100mm的两种波纹管进行了高温下的疲劳和蠕变—疲劳试验。试验结果表明,试验中的波纹管补偿器不存在尺寸效应,同时由于保持时间效应引起波纹管疲劳寿命的明显降低,因此在设计规定中必须考虑蠕变—疲劳的相互影响。
  H.Abe等通过在双层波纹管补偿器上测得的应变,按八面体剪切理论导出当量应变来估算疲劳强度。通过对316不锈钢制成的波纹管补偿器进行高温疲劳试验后断裂表面的观测,计算了波纹管补偿器疲劳裂纹增长速率。
  K.Kobatake通过在900℃下反复压缩试验和非弹性有限元分析研究了用镍基超耐热不锈钢材料制成的固溶态U形波纹管在三种载荷模式下的高温疲劳寿命,对其中一种载荷模式下的试验数据进行整理得到塑性应变范围与破坏循环次数的关系,分析所得,高温条件下的疲劳寿命要比常温条件下低得多。