增压锅炉耐火砖疲劳裂纹扩展特性研究

2024年2月4日发(作者：太空知识)

第２期　赵嘉煜，等：增压锅炉耐火砖疲劳裂纹扩展特性研究　Ⅳ＿　ｄａ　２０１５年４月　由图４可以看出：当裂纹深度一定时，随裂纹长　度的增加，应力强度因子Ｋ１也呈先增大后减小的变　化趋势。　（　）÷（去一　）专　，（４）　其中：ａ。为初始裂纹尺寸；　为临界裂纹尺寸。根据　３　裂纹扩展速率及剩余寿命预测　在推算出应力强度因子的变化趋势后，可以利用　式（４）可以粗略预估耐火砖的剩余使用寿命，以便及　时更换，防止失效断裂事故的发生。现举例如下：当　初始裂纹长度Ｃ为５０　ｍｍ，初始裂纹深度口为２．５　ｍｍ　疲劳裂纹扩展公式预测耐火砖的剩余使用寿命。　疲劳裂纹扩展模型和经验关系式有很多种。一　时，根据图４中拟合的曲线可知其应力强度因子约为　３．３　ＭＰａ・ｉｎ　。由于在锅炉启动和停炉过程中耐火　砖迎火面受到的应力分别为压应力和拉应力，所以应　力比Ｒ＜０，通过计算可知Ｒ　一０．５。代人到式（４）　中，得Ⅳ一５．５×１０　，即锅炉的正常启动、停炉可循环　约５．５×１０　次。　个好的疲劳裂纹扩展速率表达式，应能表明裂纹扩展　速率与Ｋ　、应力比　、△Ｋ¨拉伸性能以及加载历程　间的相互作用　ｊ。针对陶瓷等非金属材料，Ｚｈｅｎｇ　等　提出了裂尖钝化开裂模型及Ｚｈｅｎｇ—Ｈｉｒｔ公式：　＝Ｂ（ＫＩ—ＡＫ　）。　（２）　式中：Ⅳ为循环次数；Ｂ　，可称为裂纹扩　４　结语　通过分析影响裂纹应力强度因子的最主要的两　个尺寸，即裂纹长度和裂纹尖端深度的变化来预测应　力强度因子的变化趋势，进而根据裂纹扩展公式对耐　火砖的安全使用提供简单而有效的判据。　展系数，其中的Ｅ为材料的弹性模量。　在此基础上，王泓　提出了可以描述三个区裂纹　扩展行为的公式：　ｄａ＝　（　÷（　一　）一。　（３）　参考文献　［１］贾德昌，宋桂明．无机非金属材料性能［Ｍ］．北京：科学出版社，　２００８：６０—６２．　式中的　为应力比，由分析热应力计算结果获得。各　项系数都是根据多种陶瓷材料在较高应力比条件下　的试验数据，通过最小二乘法拟合得到的。上式的优　点是等式两边量纲相同且适用范围广，几乎包括所有　的陶瓷材料，很好地表现了影响裂纹扩展的三个基本　因素之间的相互作用，对裂纹扩展速率的计算准确，　可以作为预测推算耐火砖寿命的依据。　变换式（３）得：　［２］张宇凝，阎峰云，吴澜尔．ＳｉＣ／Ｓｉ３Ｎ　复合陶瓷的断裂韧性与显微　结构［Ｊ］．陶瓷学报，２００８，２９（２）：１００—１０４．　［３］郑修麟．金属疲劳的定量理论［Ｍ］．西安：西北工业大学出版社，　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．材料疲劳裂纹扩展和断裂定量规律的研究［Ｄ］．西安：西　北工业大学，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