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高温结构的蠕变强度设计是近代结构强度理论一直没有很好解决的难题，尤其是多轴应力状态和蠕变拘束效应更增加了问题的复杂性。本文以国产超超临界汽轮机高温材料1Cr10NiMoW2VNbN钢为对象，对其多轴应力状态下的宏观蠕变性能、微观失效机理、蠕变强度分析、蠕变拘束效应和蠕变设计准则等进行了系统研究。主要研究成果如下：
(1)进行了1Cr10NiMoW2VNbN钢的多轴蠕变试验，获得其多轴蠕变性能参数α″=0.21，表明蠕变失效由混合型蠕变失效模式所控制；其105小时蠕变断裂强度Rr(105h)＞100MPa，表明其具有良好的蠕变持久性能；其蠕变缺口敏感性系数kn＞3，表明其具有低的蠕变缺口敏感性。
(2)多轴蠕变断裂试样的显微观察发现：在多轴应力作用的横向切割面上，产生了由微孔洞组成的“串珠型”裂纹；在纵向切割面的应力集中区，也有较多的蠕变孔洞；蠕变断口呈典型的杯锥状，而且断口的韧窝深、纤维区大、剪切唇小、无明显的放射区、在纤维区的中间还有等轴状韧窝。表明1Cr10NiMoW2VNbN钢的蠕变失效是由微孔洞的形成、长大和聚合而引起的一种延性断裂。
(3)基于连续损伤基本理论和“时间-应变归一法”及“参考应力法”，拟合得到了1Cr10NiMoW2VNbN钢的经典K-R方程及多轴蠕变K-R方程，借助ABAQUS软件及用户子程序UMAT获得了其多轴蠕变寿命，模拟损伤演化与试验观察相符。
(4)将蠕变能量原理与受约束蠕变孔洞长大理论相结合，通过引入多轴蠕变应变系数kc建立了多轴蠕变断裂应变预测模型，有限元模拟结果与试验结果相一致。
(5)引入应力三轴度作为多轴蠕变拘束程度的表征参数，揭示了其对高温结构蠕变应变及蠕变寿命的影响规律，结果表明所提出的蠕变拘束模型较好解释了多轴蠕变失效的宏观特征和微观机理。
(6)从多轴蠕变失效的微观机理和蠕变拘束效应出发，分别建立了基于应力和应变判据的多轴蠕变强度设计准则，丰富了高温结构强度设计理论。