连续损伤力学是研究材料在连续应力或应变作用下随时间损伤累积直至破坏的力学分支。它提供了一种分析材料在加载过程中的损伤过程和破坏的理论框架。在汽轮机低周疲劳损伤评估中,连续损伤力学的应用尤为重要,因为汽轮机工作环境恶劣,往往伴随着高温高压的极端条件,其主要部件如转子在长期运转过程中极易出现损伤累积,最终导致疲劳失效。
文章中提到了一个针对汽轮机转子进行低周疲劳损伤评估的非线性连续损伤力学模型。模型的研发是为了更准确地描述和评估汽轮机转子在实际运行工况下的疲劳损伤情况。为验证该模型的工程适用性,进行了两项仿真实验。第一项实验在热工程应用中验证了模型的有效性,第二项实验则是计算了国内某300MW汽轮机组转子的低周疲劳损伤。
在连续损伤力学模型中,考虑了循环应力-应变关系,展现了模型的保守性特征。通过与线性累积损伤模型、热熵模型和实际测试数据的对比,结果表明了该非线性连续损伤力学模型在实际热工程应用中能够更精确和合理地描述转子的损伤累积过程。转子作为热电厂中最重要的设备之一,通常由高强材料如CrMoV钢制成,高温高压的复杂工况会导致材料的冶金性退化。根据多裂纹机制,当材料承受高塑性应变的循环载荷时,肉眼不可见的裂纹相互作用,萌生和同时增长。经过一段时间的操作后,肉眼可见的裂纹可以在转子表面找到。这样的裂纹相互作用形成的优势裂纹最终导致转子的断裂。一般而言,低周热疲劳损伤占整个损伤的80%。
在对汽轮机进行疲劳损伤评估时,需要特别关注疲劳裂纹的萌生和扩展过程。这不仅包括宏观裂纹的形成,还包括微观裂纹的形成与交互作用。连续损伤力学模型能够提供一种分析疲劳裂纹扩展速率、裂纹尖端应力强度因子以及裂纹形成过程的有效手段。同时,连续损伤力学模型还可以结合有限元分析软件,对汽轮机的局部区域进行详细的应力应变分析,进一步评估在不同工况下的损伤程度。
此外,文章所提到的线性累积损伤模型和热熵模型,虽然在工程实践中也有一定的应用,但这些模型往往基于线性假设,可能无法精确地描述实际工作条件下的疲劳损伤行为,尤其是在考虑多轴应力状态、应力集中和材料非线性等复杂因素时。因此,采用非线性连续损伤力学模型能够更加合理地反映实际的损伤机理和疲劳损伤演化过程。
在研究连续损伤力学在汽轮机低周疲劳损伤评估中的应用时,工程师和研究人员不仅需要深入了解连续损伤力学的基本理论,还必须熟悉材料力学性能的分析、损伤演化方程的建立、以及相关的数值仿真技术。只有这样,才能有效地将连续损伤力学理论应用到实际的工程问题中去,为汽轮机的安全运行和维护提供科学的指导和依据。