高等级异种钢接头蠕变损伤机理及演化规律多尺度模拟

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51374154
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0414.材料冶金加工
  • 结题年份:
    2017
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2017-12-31

项目摘要

The premature creep damage and failure of the interface and creep rupture strength droping zone (CRSDZ) of dissimilar metal welding joint between new type austenitic heat-resistant steel and fine grain martensitic heat-resistant steel are very serious in ultra supercritical power plant. Investigating on creep damage model and evolution law are crucial to avoid premature creep failure and ensure integrality of welded structures. Because of the complexity of this issue, establishing creep damage model and evolution law indicating are affected by many factors, such as testing time, specimen size, stress/strain field and multizone unsymmetrical constraining. Theoretical analysis, experimental verification and multiscal simulation technology will be used to investigate dislocation formation, multiplication and movement law, characteristics of creep cavity nucleation, growth and coarsing at atomic-level. And then, the creep crack formation and development, shifting feature and failure mechanism are going to be studied. Furthermore, stress/strain and the evolution relationship and distribution of creep damage are analyzed, and the influences of the welding process, groove shape, weld size, stress state, materials characteristic parameters on the creep damage mechanism and law are considered in this investigation. Accordingly, the creep damage uncoupling and coupling model of physically based thermal/stress and multizone constraining are set up and the failure criteria is developed. Thus, the relationship of creep damage variables among the machanical, welding process, materials property parameters are constituted, finally, the creep damage evolving law and multiscale predicting method of welding joints are obtained;And finally, an fast and efficient test method to estimate the premature creep cracking and failure tendency will be established by means of experimental verification.
超超临界火电机组中新型奥氏体/细晶强韧铁素体异种钢接头面临界面和蠕变强度下降区(CRSDZ)早期蠕变损伤及失效等严重问题。研究蠕变损伤机理、演化规律及预测方法是防止接头发生早期破坏,保证结构完整性的关键。本项目拟采用理论-试验-多尺度数值模拟技术,揭示接头蠕变失效的宏-微观特征;在原子水平上阐明界面和CRSDZ位错形成、增殖及运动规律,孔洞形核、扩张、汇聚特性;进而研究界面和IV型蠕变裂纹形成、扩展、偏转、关联特性及接头失效机理;分析应力/应变、损伤的演化关系及分布特征;考虑焊接工艺、坡口形式、焊缝几何、力学状态、材料特征参数对损伤机理及规律的影响。建立基于蠕变物理本质的热/力耦合和多区域不对称约束损伤解耦、耦合多尺度模型及失效判据;构建损伤变量与力学、焊接条件、材料特征参数、运行时间之间的关联特性;获得损伤演化规律及多尺度预测方法;创建评价接头蠕变开裂及早期失效倾向的高效测试方法。

结项摘要

设计和构建了温度-应力加速试验平台,在较短时间内再现了HR3C/T91、Super304H/T91接头早期界面和IV型蠕变失效现象。在此基础上,建立了接头早期界面和IV型蠕变失效物理模型及两者的关联特性,为评定接头高温蠕变失效提供了有效方法。.利用有限元方法分别对两种接头在工作温度为600℃、内压为42.26MPa作用下的蠕变行为进行了数值模拟。对于HR3C/T91接头,最大主应力峰值位于管接头内表面焊缝/T91界面附近,von Mises等效应力峰值同样位于内表面焊缝/T91界面附近。内表面应力三轴度峰值分别位于HR3C/焊缝和焊缝/T91界面处。内表面焊缝/T91界面处应力三轴度数值较大,与加速试验结果一致。对于Super304H/T91接头,模拟结果与HR3C/T91接头相似,但焊缝/T91界面处的应力三轴度数值比HR3C/T91接头小,早期失效倾向也小于HR3C/T91接头,仍为接头的薄弱环节。.研究了实际焊缝几何形状对接头界面开裂和IV型蠕变的影响。最大主应力峰值位于接头内表面HR3C/焊缝和焊缝/T91界面以及亚外表面拐点1处的焊缝/T91界面附近区域;von Mises等效应力峰值均位于焊缝/T91界面区域;内表面应力三轴度峰值位于焊缝/T91界面附近,而亚内表面拐点2和拐点1处的应力三轴度峰值位于T91钢侧细晶HAZ(FGHAZ)内,孔洞容易连接形成IV型蠕变裂纹。应力三轴度可以准确预计T91/HR3C和Super304H/T91接头T91侧FGHAZ内蠕变孔洞扩张及裂纹扩展特性。.分析了坡口角度对P91钢接头IV型失效的影响。最大主应力和von Mises等效应力峰值均位于上下坡口交界处混合热影响区(MHAZ)内。蠕变变形主要集中在FGHAZ内,最大值位于FGHAZ底部。上下坡口交界处FGHAZ内的应力三轴度最大,易发生IV型蠕变开裂。坡口角度越大,IV型蠕变失效倾向越低。.探索了单元尺寸对P91钢IV 型蠕变失效影响。单元尺寸对模拟精度有很大影响,其中应力三轴度因子对单元尺寸的变化最为敏感。如果仅需应力、应变值的相对大小,可以采用稍大一点的网格尺寸。而需获得具体的应力、应变数值,单元数量则需超过 40000。应力三轴度因子能够很好地预测IV型蠕变裂纹的产生部位。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(0)
HR3C/T91 异种耐热钢焊接接头界面蠕变失效有限元模拟
  • DOI:
    10.12073/hjxb.20140906001
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    焊接学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建强
  • 通讯作者:
    张建强
Numerical Simulation on Interfacial Creep Failure ofDissimilar Metal Welded Joint between HR3C and T91 Heat-Resistant Steel
HR3C与T91耐热钢异种金属焊接接头界面蠕变失效数值模拟
  • DOI:
    10.1007/s11595-016-1491-8
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Wuhan University of Technology-Mater. Sci. Ed
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建强
  • 通讯作者:
    张建强
12Cr18Ni12Ti/12Cr1MoV异种耐热钢焊接接头蠕变数值模拟
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1007-290x.2015.02.016
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    广东电力
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张建强
  • 通讯作者:
    张建强

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  • 作者:
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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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