在高温下工作的结构部件，例如核电站、化工厂中的压力容器、管道等，会发生蠕变现象，即在持续的应力和高温作用下材料会缓慢地发生塑性变形。蠕变会导致部件的性能下降，甚至失效，造成严重的安全事故。因此，对高温结构部件进行蠕变可靠性评估至关重要，以确保系统的长期安全运行。
传统的蠕变可靠性评估方法主要集中在材料层面，而针对部件层面的蠕变设计的可靠性评估方法却鲜有报道。此外，现有的评估方法往往忽略了代表性应力的时间依赖性特征，即应力在蠕变过程中会发生松弛，而应力松弛会影响蠕变损伤的累积，进而影响部件的蠕变寿命。
研究方法
为解决上述问题，华东理工大学宫建国教授和轩福贞教授团队扩展了结构部件蠕变可靠性评估的框架，将代表性应力的时间依赖性特征纳入考虑。
有限元分析: 建立了典型结构部件（带有喷嘴的压力容器）的三维有限元模型，并使用ABAQUS软件进行了弹塑性蠕变有限元分析。
多源不确定性: 考虑了材料参数、几何参数和载荷条件的不确定性，并使用Monte Carlo模拟方法进行了随机有限元分析。
代表性应力: 使用Huddleston代表性应力模型来评估多轴应力状态的影响，并使用Feltham方程描述代表性应力的时间依赖性特征。
蠕变寿命计算: 使用线性损伤累积法则计算结构部件的蠕变寿命，并考虑了代表性应力的应力松弛过程。
可靠性评估: 使用载荷寿命干涉法进行蠕变可靠性计算，并考虑了节点处最大代表性应力在蠕变阶段可能发生偏移的情况。
敏感性分析: 使用Sobol和Morris全局方法对材料参数对蠕变可靠性评估结果的影响进行了敏感性分析。
研究亮点
提出了一种高温结构部件蠕变可靠性评估方法框架，将代表性应力的时间依赖性特征（应力松弛）纳入考虑，并结合了材料参数、几何参数和载荷条件的不确定性，使得评估结果更可靠。
对于相同的蠕变设计寿命，当考虑代表性应力的时间依赖性特征（应力松弛）时，部件的失效概率更高。这意味着传统的忽略应力松弛的评估方法可能低估了失效风险。
蠕变断裂寿命方程（蠕变断裂时间与应力的关系 ）中的参数D和d对蠕变断裂寿命的影响比其他参数更显著。
研究意义
该研究从部件层面提供了一种高温结构部件蠕变可靠性评估方法，将代表性应力的时间依赖性特征纳入考虑，预测部件的蠕变寿命和失效概率，从而为高温结构部件的安全设计和运行提供更可靠的依据。
图2. 各参数对结构部件蠕变断裂寿命的敏感性分析
作者
编译：贺君敬 博士
