高温蠕变-疲劳寿命计算方法

ASME III-NH给出了几种材料的高温蠕变-疲劳寿命计算方法，并针对蠕变断裂、蠕变变形、蠕变屈曲、循环蠕变棘轮及蠕变疲劳交互等高温失效模式提供了设计准则。但该方法为核电设计标准，在设计时需要满足相对应的核级制造及检验标准，要求相对较严格。

ASME Code Case (2015版)的2605-1条款中对2.25Cr-1Mo给出了蠕变疲劳计算准则，该准则主要基于对应的API标准，直接对材料的蠕变特性进行了分析。该标准给出了材料在蠕变阶段的本构关系（Ω蠕变准则），不过由于在2605-1中指定的材料十分单一且温度上限仅仅略高于蠕变值，其对于采用ASME VIII-2设计的其他材料意义不大。

ASME Code Case 2843(2017版)全面引入了ASME III-NH中高温蠕变-疲劳寿命计算方法，并在ASME II-D篇中给出了相关材料的疲劳曲线数据，现在可以基于ASME VIII-2 2017标准对高温蠕变-疲劳设备进行分析。

EN 13445-3 2015中的分析分两类：应力分类法和直接法。其中附录B直接法中详细介绍了采用理想弹塑性材料进行蠕变分析的具体流程。与ASME标准不同，EN 13445中为了考虑不同结构形式以及应力状态对蠕变的影响而引入了多个承载系数，通过他们之间的运算关系来最终确定该结构的承载能力。特别的，为了充分考虑复杂结构承压时某部分首先进入屈服后结构的承载能力差异，计算中需要考虑两种特殊载荷：Ae和Au，其中，Ae表示某特定结构承压时某点首先进入屈服时的载荷情况；Au 表示主应变达到 5%时的承载情况，分别用来表征该结构的弹性及塑形承载能力。由于 EN 13445- 3 2015 中的直接法采用的是非线性极限分析，同时，每次分析还需计算多种情况，这些都对该方法的简易推广造成了一定的困难。

由于2017版ASME VIII-2引入了高温蠕变-疲劳寿命计算方法，按照该方法来对压力容器进行蠕变-疲劳寿命计算将成为主流，该方法主要内容如下：

适用的材料：2.25Cr-1Mo，9Cr-1Mo-V，304，316和镍基合金800H。

1. 载荷控制限值：

1.1 设计载荷限值：

（a）总体一次薄膜等效应力P_m不超过设计温度下材料的许用应力S：

P_m≤S

（b）局部一次薄膜P_L加一次弯曲应力P_b不超过1.5S；

P_L+P_b≤1.5S

1.2 操作载荷限值：

（a）总体一次薄膜等效应力P_m不超过最大壁温平均值下材料的许用应力S_mt：

P_m≤S_mt

（b）局部一次薄膜P_L加一次弯曲应力P_b组合满足下面要求；

P_L+P_b≤KS_m

P_L+P_b/K_t≤S_t

2. 应变限值：

A-1试验为蠕变筛分准则，满足以下条件则可以忽略蠕变，按照ASME VIII-2中第5部分进行分析：

（a）

（b）

（c）

（d） 满足棘轮条件要求。

2.1 应变限值-弹性分析：

满足A-2试验或者A-3试验中的任何一个即可。A-2试验适用于所有的操作温度，A-3试验适用于温度低于表8所示。

X和Y值定义如下：

A-2试验需满足以下条件：

A-3试验需要满足以下条件：

X+Y≤1

2.2 应变限值-非弹性分析：

由于非弹性分析用到的比较少，在这里不作介绍，详细可以参考6.3和6.4节。

3. 蠕变-疲劳寿命评估

3.1 蠕变评估

计算每个时间间隔尺寸的时间Δt，T_d为在时间间隔k过程中，根据所研究的点上出现的一定应力和最高温度由应力-断裂曲线确定的许用持续时间。

3.2 疲劳评估

计算每种循环工况设计循环次数n和设计许用循环次数Nd，它由对应于循环中最高金属温度的一种设计疲劳曲线确定。

3.3 蠕变-疲劳交互作用

蠕变、疲劳交互作用按照线性累加求和，且落在蠕变-疲劳损伤包络线内，如下图15所示。