新型钛合金室温蠕变恢复特性及保载-疲劳裂纹扩展行为影响研究

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近些年,很多国家将开发及利用深海能源提升到战略发展的高度,整体的海洋能源争夺形势更加严峻。深海载人潜水器耐压壳体是做好深海科学考察以及调研工作的载体,在探测深海能源以及分析深海地理条件等工作中,影响深远。新型钛合金材料,依托自身强大的力学性能优势,被视作深海载人潜水器的首要材料选择对象。考虑到核艇以及潜水器服役状态的耐压壳体需要受到梯形载荷的作用影响,即下潜期间载荷处在持续增大的状态,而下潜到特定深度展开工作时则维持载荷不变的状态,完成工作后则处在上浮载荷持续下降的状态。然而,长期以来,有关耐压壳结构材料展开的寿命评估等工作期间,选择的载荷谱都属于是疲劳循环荷载,并未将保载时间的影响考虑在内,使得整体的评估工作缺乏可靠性。同时,深海作业条件下会带来一定的蠕变影响,即便是在低于屈服极限的情况下,也会存在不同于传统蠕变变形的现象。基于此,深入探究深海潜水器耐压壳用新型钛合金材料的拉伸蠕变以及疲劳性能等试验研究工作,很有现实必要。本文选择的研究对象是深海载人潜水器耐压壳用新型钛合金材料,试验设备是RDL-100电子蠕变疲劳试验机,基于材料疲劳以及蠕变力学等相关理论要点内容,针对材料完成室温拉伸蠕变试验、疲劳寿命试验以及保载-疲劳寿命试验,探究各种应力水平、加载速率以及加载历史带给新型钛合金的室温拉伸蠕变方面的具体影响表现,明确各种应力水平、载荷峰值处保载时间以及载荷波形带给新型钛合金的保载-疲劳寿命方面的具体影响表现,研究各应力水平带给新型钛合金的疲劳寿命方面的具体影响表现,最后在对室温拉伸蠕变、疲劳寿命以及保载-疲劳寿命的各组试验伴随时间出现的改变情况进行分析的情况下,归纳室温蠕变带给新型钛合金疲劳寿命方面的影响机理。本研究的主要内容包括以下部分:(1)针对蠕变及保载-疲劳展开理论分析,探究蠕变现象的影响因素及其作用机制,明确保载-疲劳的具体理论方法与影响因素,确立蠕变及保载-疲劳的概念界定,为后续深入展开各高应力水平下、不同加载速率、不同卸载时间下的室温蠕变恢复特性试验研究提供理论基础;(2)针对深海载人潜水器用新型钛合金材料,开展不同高应力水平、加载速率、卸载时间的室温蠕变恢复特性试验,通过分析不同高应力水平、加载速率、卸载时间三种因素下,伴随时间的持续改变而蠕变累积应变/蠕变应变速率的具体变化,明确加载速率、应变水平以及卸载时间的改变,会对新型钛合金材料的室温蠕变恢复带来一定程度的影响作用;(3)针对各波形条件下的新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率展开试验分析,明确变化上下峰保载时间带来的扩展速率方面的具体影响表现,归纳各波形条件带给新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展行为方面的具体影响规律;(4)基于钛合金保载-疲劳裂纹扩展预报模型,将各种波形带来的影响考虑在内,对模型进行修正,设置上峰保载时间和下峰保载时间,同时兼顾波形动态规律。基于修正模型,可以顺利开展各种波形条件下的新型钛合金保载-疲劳裂纹扩展速率预报工作,分析试验结果明确,修正模型具备良好的准确性优势。
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