技术摘要：
本发明基于小冲杆技术建立了一种材料在小冲杆试验下的蠕变应变计算方法及其应用，所述计算方法包括：理论变形模型的建立与相关关系的获得、建立等效蠕变应变与试样中心挠曲变形之间的关系及公式简化、材料蠕变应变性能的预测。本发明解决传统单轴蠕变试验在小冲孔蠕变  全部
背景技术：
在核电、石油化工等领域中，高温高压等恶劣服役条件会使材料随着服役时间的 增加而产生劣化和损伤，并逐渐降低材料的力学性能，最终导致设备、仪器的突发性破坏， 造成不可挽回的重大损失，甚至人员伤亡。因此，如何准确评估服役材料在蠕变过程的剩余 寿命，具有深远的现实意义。 目前而言，常用的方法是利用小冲孔蠕变试验在服役部件上获取一定量材料，制 备试样后进行蠕变试验。研究人员将小冲孔蠕变试验条件下获得的中心挠曲变形-时间曲 线与单轴蠕变试验曲线进行对比，利用两者之间的相似性进行性能分析，进而预测服役材 料的剩余寿命。大多数的研究是将小冲孔试验中的载荷利用线性转化关系计算出单轴蠕变 试验下的等效应力后，利用单轴应力下得到的蠕变应变或断裂时间等参数，进行进一步蠕 变性能的分析与研究。然而，小冲孔蠕变试验与单轴蠕变试验存在一定的差异，如小冲孔试 验中试样处于多轴应力状态，且试样上的载荷会受到试样变形的影响。因此，直接将小冲孔 蠕变试验的载荷转化为单轴试验的等效应力具有一定的局限性。而小冲孔蠕变试验过程只 能获得试样在蠕变过程中的中心挠曲变形，无法直接试样变形过程中的等效蠕变应变。 由此可见，现在迫切需要研究一种在小冲孔蠕变试验条件下获得蠕变应变的计算 方法，以满足材料蠕变性能的精确分析及寿命预测需求。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种材料在小冲孔蠕变试验下的蠕变应变计算方法，该方 法可有效地解决现有小冲孔蠕变试验下无法获的材料蠕变应变等问题，为应用在高温高压 条件下重要部件的蠕变性能评估提供一种新的方法。 本发明的另一方面，是提供一种所述蠕变应变计算方法在评估服役材料在蠕变过 程的剩余寿命中的应用，可简化评估步骤，评估准确率高。 为实现本发明的目的所采用的技术方案是： 一种材料在小冲孔蠕变试验下的蠕变应变计算方法，包括以下步骤： 步骤1，分析不同材料在小冲杆蠕变过程中的变形规律，将小冲杆试样分为三个变 形区域，即球形区域a，不等壁厚锥体区域b和等壁厚区域c，建立基于试验条件的理论变形 模型关系式(1)-(3)。 4 CN 111610109 A 说　明　书 2/4 页 V ＝π[R2-(R-A)2C ]h0   (3) 式(1)、(2)和(3)中：VA为球形区域a的体积，mm3，VB为不等壁厚锥体区域b的体积， mm3，VC为等壁厚区域c的体积，mm3，r为冲球半径,mm；hmin为最小试样厚度,mm；α为试样中心 线与试样下表面夹角,°；h0为初始试样厚度，mm；A为等壁厚区域c的宽度,mm；R为试样半径, mm； 步骤2，根据试样变形过程中体积不变原理，利用式(4)建立小冲孔蠕变试验中心 挠曲变形-试样中心与变形区域夹角之间，试样厚度-中心挠曲变形之间的关系式(5)和 (6)。利用式(5)和(6)和试验数据，建立试样厚度-试样中心挠曲变形的对应关系，即hmin＝f (L)。 VA VB VC＝πR2h0   (4) 式中：L为试验过程中采集的试样中心挠曲变形,mm； 步骤3，利用Chakrabarty提出的小冲孔蠕变试验中等效蠕变应变与试样厚度之间 的关系式(7)： ε＝ln(h0/hmin)   (7) 式中：ε为小冲杆试样等效蠕变应变，无量纲参数。 由于hmin＝f(L)，建立基于理想变形模型的等效蠕变应变与试样中心挠曲变形之 间的关系式(8)； ε＝ln(h0/f(L))   (8) 步骤4，将步骤2和3中得到的关系式(5)、(6)和(8)耦合进小冲孔蠕变试验中采集 5 CN 111610109 A 说　明　书 3/4 页 的中心挠曲变形数据中，得到小冲孔蠕变试验蠕变应变与试样中心挠曲变形之间的对应关 系。为了便于工程实际应用，采用式(9)进行非线性拟合，得到小冲孔蠕变试验中蠕变应变 与中心挠曲变形关系式中的重要物理参数a、b、c、d，建立小冲孔蠕变试验蠕变应变与中心 挠曲变形关系表达式； ε＝a(L/h )40 b(L/h0)3 c(L/h 20) d(L/h0)   (9) 步骤5，将式(9)耦合入小冲孔蠕变试验直接获得的中心挠曲变形-时间曲线数据 中，最终建立小冲孔蠕变试验蠕变应变与试验时间的关系图。 本发明的另一方面，还包括所述材料在试验条件下的蠕变应变计算方法在评估服 役材料在蠕变过程的剩余寿命中的应用。 在上述技术方案中，所述服役材料为Sanicro25奥氏体不锈钢。 在上述技术方案中，所述服役材料的服役温度为500-100摄氏度。 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 1.本发明基于小冲杆技术建立了一种材料在试验条件下的蠕变应变计算方法，解 决传统单轴蠕变试验在小冲孔蠕变试验中的局限性，获得小冲孔蠕变试验中无法直接获得 的重要材料参数，对材料蠕变应变的计算精度较高。 2.计算过程中理论变形模型的建立以试验为基础，准确度高； 3.获得的经验公式形式简单，便于普及与应用； 4.计算效率高，对材料蠕变应变的计算精度较高； 5.可替代单轴蠕变试验，所需要的数据可由小冲孔蠕变试验获得，降低成本。 附图说明 图1是本发明中小冲孔蠕变试验下的蠕变应变计算方法研究路线示意图。 图2是小冲杆蠕变试验曲线。 图3是小冲杆试样剖面显微金相图分析图。 图4是试验过程的小冲杆试样变形示意图。 图5是小冲杆蠕变试验试样厚度-中心挠曲变形曲线图。 图6是典型的小冲杆蠕变试验中蠕变应变-(L/h0)曲线图。 图7是本发明提出的蠕变应变计算方法与有限元计算结果对比曲线图。