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前言 1

第一章高温过程及其材料的损伤 1

1.1高温高压：现代过程工业面临挑战 1

目 录 1

1.2石油化学工业 4

1.2.1炼油过程 4

1.2.2乙烯裂解过程 9

1.3化肥工业 15

1.3.1原料气的制备 16

1.3.2氨的合成 20

1.4.1火力发电高温工艺 23

1.4发电过程高温工艺 23

1.4.2先进的核电技术 28

1.5航空航天高温过程 33

1.6其他高技术高温过程 38

1.6.1超临界水氧化技术 38

1.6.2生物质能的利用 40

1.7高温设备设计与延寿的科学问题 43

参考文献 47

第二章蠕变力学基础 50

2.1蠕变的概念 50

2.2蠕变及蠕变破坏的物理机制 55

2.3单轴蠕变特性的描述 59

2.4短时试验结果向长时的外推：参数外推方法 63

2.4.1基础设计数据的表述问题 63

2.4.2以率型方程为基础导出的参数 65

2.4.3经验参数 67

2.4.4参数外推的精度 69

2.5单轴蠕变试验结果向多轴应力状态的推广 71

2.6结构蠕变问题的求解 74

2.6.1 二力杆结构的蠕变应力 74

2.6.2受内压厚壁圆筒的稳态蠕变解 79

2.7近似分析方法：参考应力法 84

2.8蠕变变形控制准则及破断韧性 86

2.9蠕变寿命的预测 91

2.9.1 变应力和变温度条件下蠕变损伤的累积 92

2.9.2加速试验问题 95

参考文献 96

第三章损伤理论及结构损伤力学行为 99

3.1损伤及连续损伤理论 100

3.1.1损伤的定义 100

3.1.2 有效应力的定义 102

3.1.3应变等价性原理 102

3.1.4损伤演化的描述方法 104

3.2 Kachanov-Robatnov的损伤理论 105

3.3.1 本构方程与多轴损伤应力 110

3.3 多轴应力状态下的本构关系 110

3.3.2 多轴应力状态对韧性的影响 114

3.4物理损伤蠕变理论 117

3.5各向异性损伤的张量描述 121

3.5.1有效损伤张量 121

3.5.2有效应力和损伤有效应力的张量表示 124

3.5.3蠕变损伤模型 125

3.5.4耦合损伤的各向异性蠕变模型 129

3.5.5与实验结果的比较 131

3.6受损结构的力学行为 134

3.6.1结构损伤的研究方法 134

3.6.2 二力杆结构的蠕变损伤 135

3.6.3承压圆简的蠕变损伤 140

参考文献 143

第四章高温下裂纹扩展与断裂的原理 146

4.1蠕变裂纹扩展的基本特点 146

4.2裂尖蠕变区 148

4.3大范围蠕变的裂尖应力场的描述 152

4.4 小范围蠕变条件下的裂尖应力场的描述 156

4.5蠕变裂纹扩展速率的描述 160

参考文献 167

第五章高温腐蚀 169

5.1高温腐蚀环境与腐蚀现象 169

5.2金属／介质反应的热力学 173

5.2.1氧化物形成自由能 174

5.2.2氧化热力学 181

5.3金属氧化的动力学 183

5.3.1氧化动力学规律 183

5.3.2氧化膜厚度与金属当量温度关系 185

5.4氢腐蚀 189

5.5高温渗碳与碳化腐蚀研究 195

5.5.1高温渗碳 195

5.5.2高温渗碳损伤 198

5.5.3金属尘化腐蚀 203

5.6液态金属腐蚀 207

5.6.1液态金属对热管材料的腐蚀试验 208

5.6.2腐蚀机理的分析 209

5.7其他高温腐蚀及高温腐蚀环境下的材料选择 213

参考文献 216

第六章疲劳、蠕变和腐蚀的交互作用 220

6.1疲劳－蠕变及与环境交互作用的基本概念 220

6.2等温条件下的蠕变－疲劳交互作用 227

6.2.1线性损伤累积法则 228

6.2.2应变变程划分（SRP）模型 229

6.2.3频率划分（FS）模型与频率修正损伤函数（FMDF）模型 232

6.2.4连续损伤力学方法 233

6.2.5基于微观物理机制的模型 235

6.3蠕变－疲劳评定方法的比较 236

6.4环境－蠕变－疲劳交互作用 241

6.5热机械疲劳的寿命预测技术 246

6.5.1热机械疲劳的概念与一般分析方法 246

6.5.2热机械疲劳寿命的详细分析方法 250

参考文献 252

第七章高温下结构有限元分析基础 256

7.1非线性有限元方程一般解法 256

7.1.1非线性有限元方程 256

7.1.2非线性有限元方程的解法 257

7.1.3弹塑性有限元分析方法 263

7.2弹性蠕变损伤问题 267

7.2.1理论公式 267

7.2.2蠕变应变和损伤增量的积分格式 269

7.2.3热弹性蠕变边值问题的有限元基本方程 275

7.2.4数值实施 275

7.3热弹塑性蠕变损伤分析 276

7.3.1热弹塑性蠕变问题的等向强化模型 276

7.3.2热弹塑性蠕变分析中的几个关键问题 280

7.3.3循环加载下热弹塑性蠕变分析 284

7.4厚壁圆筒高温蠕变损伤数值模拟实例 289

参考文献 294

第八章高温下焊接结构完整性 295

8.1高温下焊接结构的失效及其研究方法 295

8.1.1高温下焊接接头失效的基本类型 295

8.1.2焊接接头蠕变性能的研究进展及基本方法 300

8.2焊接接头蠕变应力分析 305

8.2.1承压焊管的蠕变应力分析 305

8.2.2 AISI 316承压焊管的蠕变应力分布特征 311

8.2.3焊接试样上蠕变应力分布特征 314

8.3焊接接头的蠕变损伤模拟 319

8.3.1蠕变损伤本构方程的确定 319

8.3.2不同材料二力杆的损伤演化特征 321

8.3.3典型焊接接头的蠕变损伤模拟 324

8.3.4对焊接接头设计容限的讨论 330

8.4焊接接头的高温断裂力学问题 337

8.4.1 材料蠕变性能不匹配对裂尖断裂力学控制参量的影响 338

8.4.2带焊缝试样的蠕变断裂参量 343

8.4.3 考虑材料不匹配影响后的焊缝材料蠕变扩展速率 347

8.5焊接接头局部变形的测量方法 349

8.5.1石英光纤用于高温变形测量的研究 350

8.5.2基于数字图像处理的高温局部变形测量 351

8.5.3典型焊接接头局部变形的测量 354

参考文献 361

9.1高温承压管的蠕变损伤计算 369

第九章高温结构的概率损伤与维修规划 369

9.2高温炉管的蠕变损伤概率计算模型 375

9.2.1蠕变损伤概率计算的基本原理 376

9.2.2随机参数的选取 376

9.2.3随机损伤方程的建立 376

9.2.4蠕变损伤慨率计算步骤 383

9.2.5 主要参数的不确定性 383

9.2.6蠕变损伤的Monte Carlo计算方法 390

9.2.7蠕变损伤慨率计算解的精度考核 391

9.3 高温炉管的寿命预测与可靠性评估 393

9.3.1均值一次二阶矩 394

9.3.2 高温构件概率损伤图PDD 397

9.3.3高温构件寿命的慨率计算 398

9.4高温构件最优预防维修周期 402

9.4.1 化工设备的维修规划技术 402

9.4.2维修性的基本慨念 405

9.4.3维修策略 406

9.4.4最优维修周期模型 408

9.4.5高温构件的最优预防维修周期 415

9.4.6加热炉最优预防维修周期 421

参考文献 423

第十章高温结构完整性评定规范 427

10.1.1常温下的含缺陷结构完整性评定规范 428

10.1 含缺陷结构完整性评定规范概论 428

10.1.2高温下的含缺陷结构完整性评定规范 431

10.2 早期高温环境下结构寿命评估方法 432

10.2.1美国ASME N-47案例 433

10.2.2法国RCC-MR规程 437

10.3 国外含缺陷高温结构完整性评定规范 439

10.3.1英国R5规程 439

10.3.2英国BS7910：1999规程 447

10.3.3法国RCC-MR规范的附录A16 452

10.3.4德国双判据图方法 455

10.4 含缺陷高温结构评定的失效评定图法 457

10.4.1 评定步骤 458

10.4.2材料的蠕变断裂韧性 462

10.4.3 工程算例 464

10.5我国高温结构完整性评定技术进展 468

10.5.1技术背景 468

10.5.2 时间相关失效评定图技术（TDFAD） 470

10.5.3蠕变失效评定的判定条件 473

10.5.4 三级评定技术路线 477

参考文献 481

附录 484

附录一 二力杆蠕变损伤的Runge-Kutta求解程序 484

附录二 高温蠕变条件下承压圆筒的损伤分析程序 491

索引 505