高温环境下先进材料的应用:基于局部应变能方法的疲劳评估

LaymanFig近些年来,对于钢及其它合金在高温状态下疲劳评估的兴趣持续增加。现今仍是一个颇具挑战性的课题,在不同工业领域产生显著性的影响。当处理复杂形状的实际工作构件时,现有的高温疲劳评估理论很难奏效。这是由于对高温状态下缺口构件的高周疲劳问题,在理论及实验上都尚未深入的研究。

在考虑室温状态下的疲劳领域,本文作者及其合作者们在过去数十年里,发展并改进了在控制体积上的平均应变能密度理论。他们坚信,基于实验及理论方面的考虑,该方法在高温领域的应用拥有若干显著的优势。

基于上述原因,本文在研究分析缺口构件的高温疲劳数据时,调查了控制体积上平均应变能方法的精度。文中对现有文献中不同先进材料缺口构件的大量高温疲劳数据采用应变能密度方法重新分析。具体为:250°C温度下的C45钢;500°C温度下的镍铬合金718以及850°C温度下的强化超合金DZ125。验证结果表明,应变能密度方法作为一种可靠的设计方法,可有效应用于高温环境下的疲劳评估。

控制体积上平均应变能密度方法的主要优势在于,不同几何形状的疲劳数据都可以在单一狭窄的分散带上呈现。工业观点认为不同构件在持续地重新设计。使用独立于几何形状的参数(疲劳曲线)在时间及成本上都可带来显著的优势。并且由于网格的独立性,对于复杂几何形状的构件,可简单采用粗糙网格划分的有限元进行计算,对于最终结果不会产生任何影响。相关文章发表在Advanced Engineering Materials(DOI: 10.1002/adem.201500547)上。