Techniques for Multiaxial Creep Testing

طراحی و ارزیابی کارخانه مدرن دمای بالا مستلزم درک رفتار خزش و گسیختگی مواد تحت شرایط تنش چند محوری است. به عنوان مثال می‌توان به ریشه‌های رزوه‌ای در پیچ‌های پوششی توربین بخار، اتصالات شاخه‌ای در مخازن تحت فشار هسته‌ای و تثبیت ریشه‌های تیغه در روتورهای توربین گاز یا بخار اشاره کرد. در یک حد، مشخصه ساده ضعیف شدن/تقویت بریدگی ماده توسط آزمایش‌های پارگی تک محوری با بریدگی محیطی، همانطور که در بسیاری از استانداردهای ملی مشخص شده است، ممکن است کافی باشد. اینها در ابتدا برای مدل‌سازی ریشه‌های نخ در نظر گرفته شده بودند و محافظه‌کاری آن‌ها به حدی است که اغلب برای اهداف طراحی کافی در نظر گرفته می‌شوند. از طرف دیگر، آزمایش‌های اجزای مدل یا اندازه کامل ممکن است برای تعیین حاشیه‌های ایمنی تعبیه‌شده در کدهای طراحی به کار گرفته شوند. این رویکرد اخیر بیشتر برای قطعات تحت فشار داخلی، به ویژه در جاهایی که جوش ها درگیر هستند، استفاده می شود. با این حال، چنین آزمایش‌هایی بسیار گران هستند و استفاده از تکنیک‌های مدرن تحلیل تنش همراه با دانش دقیق خواص چند محوری، جایگزین اقتصادی‌تری را ارائه می‌دهد. کدهای طراحی، بنا به ماهیت خود، باید محافظه کاری را تضمین کنند و بر اساس حداقل خواص مشخص شده یک ماده باشند. در مورد اجزای دمای بالا، افزایش طول عمر فراتر از رقم طراحی اسمی، مثلاً از 100000 تا 200000 ساعت، مزایای اقتصادی بسیار قابل توجهی را ارائه می دهد. با این حال، این ممکن است به درک دقیق تری از رفتار چند محوری یک ماده خاص نیاز داشته باشد تا اینکه در مرحله طراحی موجود بود.

The design and assessment of modern high temperature plant demands an understanding of the creep and rupture behaviour of materials under multi axial stress states. Examples include thread roots in steam turbine casing bolts, branch connections in nuclear pressure vessels and blade root fixings in gas or steam turbine rotors. At one extreme the simple notch weakening/notch strengthening characterization of the material by circumferentially vee-notched uniaxial rupture tests, as specified in many national standards, may be sufficient. These were originally intended to model thread roots and their conservatism is such that they frequently are considered adequate for design purposes. At the other extreme full size or model component tests may be employed to determine the safety margins built into design codes. This latter approach is most commonly used for internally pressurized components, particularly where welds are involved. However, such tests are extremely expensive and the use of modern stress analysis techniques combined with a detailed knowledge of multiaxial properties offers a more economic alternative. Design codes, by their nature, must ensure conservatism and are based on a material's minimum specified properties. In the case of high temperature components the extension of life beyond the nominal design figure, say from 100000 to 200000 h, offers very significant economic benefits. However, this may require a more detailed understanding of the multiaxial behaviour of a specific material than was available at the design stage.