D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.05.011 第18卷第5期 北京科技大学学报 V01.18No.5 1996年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1996 热机械疲劳寿命的应变唯象描述 王建国王连庆唐俊武 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要通过比较热机械疲劳寿命的3种不同唯象描述方法，讨论了相位差对疲劳寿命的影响提出 对疲劳寿命的唯象描述应采用总应变范围△e,或非弹性应变范围△。，才符合工况模拟试验和 疲劳寿命预测的基本条件. 关键词热机械疲劳，寿命曲线，非弹性应变范围 中图分类号TG111.8 高温高压设备中的许多热端零部件，在其工作时不仅承受着交变机械载荷作用产生的 循环机械应力（应变），同时还承受着由受温度交变或温度梯度而产生的热循环应力（应变） 研究结果表明，热端零部件在机械循环应力与热循环应力共同作用下的疲劳损伤，即热机 械疲劳损伤比单独机械循环应力作用下的等温疲劳损伤严重1，且损伤程度随机械循环应 力与热循环应力的相位而变化1.因此，研究工程材料和热端零部件的热机械疲劳(TMF)损 伤，对正确评价材料、预测工程构件的使用寿命以及工程设计均有实际意义， 1TMF中的各应变分量 TMF属低循环疲劳，在试验中应采用应变控制，因此描述其疲劳寿命的变量一般选择 在应变范围.图1为TMF试验时测得的应变和温度波形.从图1中可以看到，在TMF试验 中既有机械变形，也有热变形.因此试样中的总应变ε，应包括机械应变分量em和热应变分 量两部分，它们之间的关系为： Et=Em +Eth (1) 在试验时由于受试验设备及其他条件的限制，可以采用总应变ε，控制方式，也可以采用 机械应变em控制方式.在控制机械应变时其应变范围可根据(1)式计算出.如果将热循环平 均温度下的热应变视为零，则同相位(in-phase)和反相位(out-of-phase)时各应变分量范围的 关系分别如下： △e,=△em+△eh (同相位) △e,=△em-△eh (反相位) 式中热应变范围ε，为试验温度范围内的应变幅值，是试验前在试样无约束时直接测量 其热循环下的变形量计算出来的.由此关系式，就可以计算出在不同相位下各应变分量的 1996-03-01收稿 第一作者男38岁高级工程师 ·冶金部资助项目第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 。 热机械疲劳寿命的应变唯象描述 王 建 国 王 连庆 唐俊武 北 京科技 大学 新金 属 材 料 国 家重 点 实验室 ， 北京 摘要 通 过 比较 热机械疲 劳 寿命 的 种不 同唯 象描述方法 ， 讨论 了相 位差 对疲劳寿命 的影 响 提 出 对疲 劳寿命 的 唯 象描述 应采用 总应 变 范 围 △。 或非弹性 应变 范 围 △￡访 ， 才符合工 况模拟 试验和 疲 劳 寿命预测 的基本条件 关键词 热机械疲 劳 ， 寿命 曲线 ， 非弹性应变范 围 中图分类号 高 温 高 压 设 备 中 的 许多 热端 零 部 件 ， 在 其工 作 时不 仅承 受 着 交 变 机 械 载 荷作 用 产 生 的 循 环 机 械 应 力 应 变 ， 同 时 还 承 受 着 由受 温度 交 变 或 温 度 梯 度 而 产 生 的 热循 环 应 力 应 变 研 究 结果 表 明 ， 热端零 部 件 在 机 械 循 环 应 力 与热循 环 应 力 共 同作 用 下 的疲 劳 损 伤 ， 即 热 机 械 疲 劳 损 伤 比单 独机械 循 环 应力 作 用 下 的等 温疲 劳损 伤严 重〔 ’， ， 且 损 伤程度 随机 械循 环应 力 与 热循 环应 力 的相 位而 变化 因此 ， 研究 工程 材 料 和 热端 零部件 的热机械 疲 劳 损 伤 ， 对正 确评 价 材料 、 预测 工 程 构件 的使用 寿命 以 及 工 程 设计 均 有 实 际意 义 中的各应变分量 属 低 循 环疲 劳 ， 在 试 验 中应 采 用 应 变 控 制 ， 因 此 描 述 其疲 劳 寿命 的变 量 一 般 选 择 在应 变 范 围 图 为 试验 时测 得 的应 变 和 温 度波 形 从 图 中可 以 看 到 ， 在 试验 中既 有 机 械 变 形 ， 也 有 热 变形 因 此 试 样 中的总 应 变 。 应 包 括 机 械 应 变 分 量 气 和 热 应 变分 量 。 、 两部 分 ， 它们 之 间的 关系 为 ￡， ￡ ￡， 在 试验 时 由于 受 试验设 备及 其他条件 的限制 ， 可 以 采 用 总 应变 ￡，控制方 式 ， 也 可 以 采用 机 械 应 变 气 控 制 方 式 在控 制机械 应 变 时其应变 范 围 可 根 据 式计算 出 如果将 热循 环 平 均 温 度 下 的热 应 变 视 为零 ， 则 同相 位 一 和 反 相 位 一。 时各应 变分 量 范 围 的 关 系分别 如 下 △。 △￡ △￡ △￡， △￡ 一 △ 同相 位 反 相 位 式 中热 应 变 范 围 。 为 试验 温 度 范 围 内的应 变 幅值 ， 是 试 验 前 在 试 样 无 约 束 时直 接 测 量 其 热 循 环 下 的 变 形 量 计算 出来 的 由此 关 系 式 ， 就 可 以 计 算 出在 不 同相 位 下 各应 变 分 量 的 一 一 收 稿 第 一作 者 男 岁 高级 工 程 师 巾 冶金 部 资助 项 目 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．05．011