高温蠕变与应力松弛转换预测技术研究

高温蠕变和应力松弛行为的评估与预测，是高温装备结构设计和可靠性分析的重要内容。转换预测技术既减少了耗时耗力的试验量，又利于提升我国高温装备制造业水平及核心竞争力，具有重要学术和工程价值。转换预测的核心是蠕变松弛的蠕变速率的内在关联。本研究分析和克服现有转换技术的缺陷，通过动态蠕变松弛、重复加载、简单拉伸等多种试验，分析研究两者宏微观方面的物理和内在机理及其关系，建立蠕变和松弛过程中的蠕变速率的关联模型，将连续损伤理论引入应力松弛，构建松弛本构，综合利于高温试验开发、数值计算方法、图解法等技术，实现两者的相互转换，进行性能预测，发展和构建加速试验、数据转换的行为预测和寿命评估新技术新方法，为我国高温装备结构设计和可靠性分析提供新理论和新路径。

本项目主要从蠕变与松弛的宏微观关系、蠕变向应力松弛的转换和应力松弛向蠕变的转换三方面展开了研究。通过相互匹配的适当时长的蠕变、松弛试验，分析、比较试验前后两者的微观组织结构，发现两者的微观机制是基本一致的。把三阶段蠕变速率统筹为平均蠕变速率，构建了蠕变—松弛转换模型和方法；基于Schlottner-Seeley蠕变评估原理，构建了基于当量蠕变速率的蠕变预测模型，消除了蠕变断裂数据离散性的影响；将连续损伤原理引入应力松弛，构建了应力松弛连续损伤本构方程，实现基于连续损伤原理的蠕变-松弛转换预测。运用松弛是变应力下的蠕变的原理，基于应力松弛时间硬化模型和Tanaka-Ohba重复加载松弛本构，构建了松弛蠕变增量模型，实现松弛-蠕变转换；基于Logistic和Maxwell松弛方程，用宏观当量松弛蠕变速率来模拟稳定蠕变速率，构建了松弛-蠕变转换方程，克服了现有方法诸如过大初始塑性变形的本质缺陷。前述转换结果与试验结果进行了比较，显示了良好的吻合性。蠕变和应力松弛行为的评估与预测，是高温装备结构设计和可靠性分析的重要内容。转换预测技术既减少了耗时耗力的试验量，又利于提升我国高温装备制造业水平及核心竞争力，具有重要学术和工程价值。