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小试样是测量在役设备蠕变力学性能的重要方法。固支直杆弯曲小试样因受力简单、能够得到断裂数据,具有较大的研究价值。然而对于其理论基础多集中在小变形假设中,与实际的蠕变现象存在一定差异。本文基于误差函数与小变形基本假设,提出了固支直杆蠕变变形的临界位移,可基于不同蠕变本构准确描述小变形区、过渡区和大变形区的蠕变变形情况;在小变形阶段,基于梁弯曲理论,对已有固支直杆蠕变变形本构进行修正;在大变形阶段,引入全局变形理论,建立固支直杆蠕变大变形下的蠕变变形本构;提出一套运用固支直杆小试样测量材料蠕变性能的方法,得到了如下结论:(1)采用临界位移可以将固支直杆蠕变位移时间曲线划分为小变形区域、过渡区域和大变形区域三阶段,与传统蠕变三阶段划分不同,小变形区域和过渡区域对应蠕变第一阶段,而大变形区域对应蠕变的第二与第三阶段;通过试验数据验证了临界位移的存在,表明了本文提出的临界位移公式的准确性;针对稳态蠕变位移处于不同变形阶段的蠕变曲线,应采用相应的理论分析方法。(2)在小变形阶段,与有效跨距法相比,基于梁弯曲理论修正的蠕变本构将350℃下A7N01固支直杆蠕变与单轴蠕变的平均误差从92.2%降低到12.4%;有限元模拟发现因变形协调作用产生的内作用力使试样横截面上各点Mises应力趋于相等,这与梁弯曲理论的纯弯曲模型相矛盾,当蠕变位移增大到临界位移时,梁弯曲理论将失效。(3)引入全局变形理论,建立了固支蠕变大变形阶段的等效整体应变与等效应力关系式;基于380℃下A7N01固支直杆蠕变大变形阶段试验数据,反演得到材料的Norton蠕变参数,与单轴蠕变相比,指数参数n极为接近,误差仅为0.87%;对于稳态蠕变发生在大变形阶段的固支直杆蠕变,其位移第一阶段并非对应材料的蠕变第一阶段本构,而满足材料蠕变第二阶段的Norton方程,其高位移速率的位移第一阶段曲线是试样处于高应力水平的梁弯曲力学状态的结果,随着蠕变的进行,试样由梁弯曲力学状态过渡到应力水平较低的杆拉伸状态,从而形成位移速率较低的蠕变位移第二阶段。