高铬钢材料高温复杂力学行为研究

本著作将围绕高铬钢材料在高温和复杂载荷条件下的热力学行为，系统介绍作者近年来在理论研究、实验观测和数值模拟等方面的一些研究工作，主要内容包括：1. 高铬钢材料在应力控制下的蠕变-疲劳交互实验(包括实验条件、实验方案和实验结果等)及损伤机理分析；2. 面向高铬钢材料的耦合蠕变-粘塑性应变本构模型、三阶段蠕变本构模型和统一多机制连续损伤理论模型的建立，以及模型中材料参数的确定与优化；3. 基于求解模型本构方程的数值积分算法设计和有限元程序开发，完成了高铬钢材料局部热力学响应预测，以及高铬钢构件整体热力学行为的有限元模拟；4. 面向高铬钢构件的多轴疲劳分析方案的设计与开发。

第1章 绪论
1.1 高铬钢材料的应用背景
1.2 高铬钢材料力学性能的实验研究
1.2.1 高铬钢材料蠕变性能的实验研究
1.2.2 高铬钢焊接件的第IⅣ型蠕变断裂
1.2.3 高铬钢材料疲劳性能的实验研究
1.2.4 高铬钢材料蠕变一疲劳交互损伤的实验研究
1.3 高铬钢材料力学行为的理论研究
1.3.1 高铬钢材料蠕变行为的理论研究
1.3.2 高铬钢材料循环粘塑性行为的理论研究
1.3.3 疲劳准则与工程构件的疲劳寿命预测
第2章 高铬钢材料蠕变-疲劳交互作用的实验研究与分析
2.1 高铬钢材料的应力控制蠕变-疲劳交互实验
2.1.1 实验试样与设备
2.1.2 实验方案与结果
2.2 高铬钢材料的蠕变-疲劳循环应变分析
2.2.1 高铬钢试样的应力-应变循环曲线
2.2.2 循环应变的划分与实验结果分析
2.3 高铬钢材料的蠕变-疲劳应变能密度分析
2.3.1 蠕变-疲劳应变能密度分析
2.3.2 应变能密度与材料损伤的关系
2.4 高铬钢材料蠕变-疲劳损伤的微观机理分析
2.4.1 Grade92钢蠕变一疲劳损伤的微观分析
2.4.2 X12CrMoWVNbN10-1-1钢蠕变-疲劳损伤的微观分析
第3章 高铬钢材料的耦合蠕变-粘塑性应变本构模型
3.1 耦合蠕变-粘塑性应变本构模型的理论框架
3.1.1 基于应力型变量的本构方程组
3.1.2 基于应变型变量的本构方程组
3.2 求解本构方程组的数值积分算法
3.2.1 数值积分算法设计
3.2.2 算法一致切向模量的计算
3.3 本构模型中材料参数的确定
3.3.1 基于应力分区的材料参数确定方案
3.3.2 与蠕变相关的材料参数的确定
3.3.3 与粘塑性应变相关的材料参数的确定
3.4 高铬钢材料的局部热力学响应模拟
第4章 高铬钢样品/构件热力学行为的有限元模拟
4.1 三维控制方程组及其弱形式
4.2 有限元计算方案与数值模拟示例
4.3 ANSYS Usermat 子程序的二次开发
4.4 高铬钢构件整体热力学行为的有限元模拟
4.4.1 高铬钢管在应变控制循环加载实验中的力学行为模拟
4.4.2 高铬钢焊接件在长期蠕变实验中的力学行为模拟
4.4.3 高铬钢集管部件/焊接件的热力学行为模拟
第5章 面向高铬钢构件的多轴疲劳分析方案
5.1 多轴疲劳分析方案的模块化结构
5.2 多轴疲劳分析方案中采用的疲劳准则
5.2.1 基于关键平面的多轴疲劳准则简介
5.2.2 疲劳寿命评估模块中采用的多轴疲劳准则
5.3 多轴疲劳准则中材料参数的确定
5.3.1 典型实验中疲劳准则的应用分析
5.3.2 加载方式对参数值的影响分析
5.4 多轴疲劳分析方案的程序开发
5.4.1 多轴疲劳分析程序开发流程
5.4.2 空间方位角的迭代离散算法
5.4.3 LC和MCC方案的算法实现
5.4.4 基于ANSYS后处理功能的疲劳寿命评估结果展示
5.5 多轴疲劳分析程序的应用示例
5.5.1 单轴循环加载条件下高铬钢材料疲劳寿命预测
5.5.2 高铬钢材料蠕变-疲劳交互损伤研究
5.5.3 管状高铬钢样品应变控制循环加载条件下的疲劳寿命预测
5.5.4 高铬钢集管部件在应力控制循环加载条件下的疲劳寿命预测
第6章 高铬钢材料的三阶段蠕变本构模型
6.1 三阶段蠕变本构模型的理论框架
6.2 数值积分算法设计
6.3 模型中材料参数的确定
6.4 高铬钢材料及构件的蠕变行为模拟
6.4.1 高铬钢材料的蠕变响应预测
6.4.2 高铬钢集管部件的蠕变行为模拟
第7章 多机制连续损伤理论模型及其在高铬钢损伤评估中的应用
7.1 多机制连续损伤模型的热力学建模方案
7.1.1 多机制连续损伤模型的基本假设
7.1.2 状态势函数和模型本构方程
7.1.3 耗散型内部变量的本构发展方程
7.2 关于各向异性损伤状态的讨论
7.2.1 二阶对称损伤张量的引入
7.2.2 含张量型损伤变量的本构方程组
7.3 数值积分算法设计
7.4 多机制连续损伤模型中材料参数的确定
7.5 高铬钢材料局部热力学响应预测
7.5.1 单轴循环加载实验
7.5.2 单轴恒定加载实验
7.5.3 含拉伸应力保载的蠕变-疲劳交互实验
第8章 面向多机制连续损伤模型的材料参数优化程序设计
8.1 耦合延展一疲劳连续损伤模型
8.2 材料参数优化程序设计与模型预测
8.3 损伤相关参数的确定与模型预测
参考文献

王炯，华南理工大学土木与交通学院教授、博士生导师，德国洪堡学者，兼任广东省力学学会理事。从事超弹性材料、抗蠕变合金材料和金属智能材料力学性能的研究工作。
纪冬梅，上海电力大学能源与机械工程学院教授，上海交通大学博士，华东理工大学博士后，美国俄亥俄州立大学访问学者，科研方向为高温结构的完整性与可靠性分析。

蔡晓丹，华南理工大学土木与交通学院博士研究生，研究方向为金属材料多机制损伤理论。