增壓鍋爐耐火磚疲勞裂紋擴展特性研究

2024年2月4日發(作者：太空知識)

第２期　趙嘉煜，等：增壓鍋爐耐火磚疲勞裂紋擴展特性研究　Ⅳ＿　ｄａ　２０１５年４月　由圖４可以看出：當裂紋深度一定時，隨裂紋長　度的增加，應力強度因子Ｋ１也呈先增大后減小的變　化趨勢。　（　）÷（去一　）專　，（４）　其中：ａ。為初始裂紋尺寸；　為臨界裂紋尺寸。根據　３　裂紋擴展速率及剩余壽命預測　在推算出應力強度因子的變化趨勢后，可以利用　式（４）可以粗略預估耐火磚的剩余使用壽命，以便及　時更換，防止失效斷裂事故的發生。現舉例如下：當　初始裂紋長度Ｃ為５０　ｍｍ，初始裂紋深度口為２．５　ｍｍ　疲勞裂紋擴展公式預測耐火磚的剩余使用壽命。　疲勞裂紋擴展模型和經驗關系式有很多種。一　時，根據圖４中擬合的曲線可知其應力強度因子約為　３．３　ＭＰａ?ｉｎ　。由于在鍋爐啟動和停爐過程中耐火　磚迎火面受到的應力分別為壓應力和拉應力，所以應　力比Ｒ＜０，通過計算可知Ｒ　一０．５。代人到式（４）　中，得Ⅳ一５．５×１０　，即鍋爐的正常啟動、停爐可循環　約５．５×１０　次。　個好的疲勞裂紋擴展速率表達式，應能表明裂紋擴展　速率與Ｋ　、應力比　、△Ｋ¨拉伸性能以及加載歷程　間的相互作用　ｊ。針對陶瓷等非金屬材料，Ｚｈｅｎｇ　等　提出了裂尖鈍化開裂模型及Ｚｈｅｎｇ—Ｈｉｒｔ公式：　＝Ｂ（ＫＩ—ＡＫ　）。　（２）　式中：Ⅳ為循環次數；Ｂ　，可稱為裂紋擴　４　結語　通過分析影響裂紋應力強度因子的最主要的兩　個尺寸，即裂紋長度和裂紋尖端深度的變化來預測應　力強度因子的變化趨勢，進而根據裂紋擴展公式對耐　火磚的安全使用提供簡單而有效的判據。　展系數，其中的Ｅ為材料的彈性模量。　在此基礎上，王泓　提出了可以描述三個區裂紋　擴展行為的公式：　ｄａ＝　（　÷（　一　）一。　（３）　參考文獻　［１］賈德昌，宋桂明．無機非金屬材料性能［Ｍ］．北京：科學出版社，　２００８：６０—６２．　式中的　為應力比，由分析熱應力計算結果獲得。各　項系數都是根據多種陶瓷材料在較高應力比條件下　的試驗數據，通過最小二乘法擬合得到的。上式的優　點是等式兩邊量綱相同且適用范圍廣，幾乎包括所有　的陶瓷材料，很好地表現了影響裂紋擴展的三個基本　因素之間的相互作用，對裂紋擴展速率的計算準確，　可以作為預測推算耐火磚壽命的依據。　變換式（３）得：　［２］張宇凝，閻峰云，吳瀾爾．ＳｉＣ／Ｓｉ３Ｎ　復合陶瓷的斷裂韌性與顯微　結構［Ｊ］．陶瓷學報，２００８，２９（２）：１００—１０４．　［３］鄭修麟．金屬疲勞的定量理論［Ｍ］．西安：西北工業大學出版社，　１９９３：ｌＯ０—１０１．　［４］Ｚｈｅｎｇ　Ｘｉｕｌｉｎ，Ｈｉｒｔ　Ｍ　Ａ．Ｆａｔｉｇｕｅ　ｃｒａｃｋ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｔｅｅｌｓ［Ｊ］．Ｅｎｇ　Ｆｒａｃｔ　Ｍｅｃｈ，１９８３，１８（５）：９６５—９７３．　［５］王泓．材料疲勞裂紋擴展和斷裂定量規律的研究［Ｄ］．西安：西　北工業大學，２００２．　Ｆａｔｉｇｕｅ　ｃｒａｃｋ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　ｂｒｉｃｋ　ｉｎ　ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ　ｂｏｉｌｅｒｓ／Ｚｈａｏ　Ｊｉａｙｕ，Ｙａｎｇ　Ｚｉ＿　ｃｈｕｎ，Ｃａｏ　Ｙｕｅｙｕｎ，Ｌｉ　Ｋｕｎｆｅｎｇ／／Ｎａｉｈｕｏ　Ｃａｉｌｉａｏ．一２０１５，４９（２）：１　１７　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ｔｈｅｏｒｙ　０ｆ　ｃｅｒａｍｉｃｓ，ｌｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｓｉｚｅｓ　ｗｈｉｃｈ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｔｈｅ　ｆａｔｉｇｕｅ　ｃｒａｃｋ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｗｅｒｅ　ｔａｋｅｎ　ａｓ　ｔｈｅ　ｃｒｉｔｅｒｉｏｎ　ｔＯ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ｔｈｅ　ｓａｆｅｔｙ　ｏｆ　ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　ｂｒｉｃｋｓ，ａｎｄ　ａ　ｃｒａｃｋ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｍｏｄａｌ　ｗａｓ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｂｙ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｃｒａｃｋ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　ｒｕｌｅ　ｏｆ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｍａｔｅ。　ｒｉａｌｓ．Ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｓｉｚｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｒａｃｋ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｗｅｒｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｓｅｐａｒａｔｅｌｙ；ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｃｕｒｖｅｓ　ｏｆ　ｃｒａｃｋ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ａｓ　ａ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｅａｃｈ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｓｉｚｅ　ｗｅｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｉｔ　ｉＳ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ａ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｓｃｏｐｅ，ｔｈｅ　ｃｒａｃｋ　ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｓｉｚｅｓ　ｒｉｓｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｄｅ—　ｃｒｅａｓｅｓ　ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ．Ｔｈｉｓ　ｍａｙ　ｐｒｅｄｉｃｔ　ｔｈｅ　ｒｅｓｉｄｕａｌ　ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｉｉｆｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　ｂｒｉｃｋｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ　ｂｏｉｌｅｒ；ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ　ｂｒｉｃｋ；ｓｔｒｅｓｓ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｆａｃｔｏｒ；ｃｒａｃｋ　ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ　Ｆｉｒｓｔ　ａｕｔｈｏｒ’Ｓ　ａｄｄｒｅｓｓ：Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ＳｔｒｕｃｔｕｒａＩ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｏｒ　ＮａｖａＩ　Ｓｈｉｐ，Ｎａｖｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ　４３００３３，Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｎｈｃ１．ｃｏｍ．ｃｎ　２０１　５／２　耐火材料／ＲＥＦＲＡｃＴＯＲｌＥｓ　１　１　９