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基于晶体塑性理论的P91钢高温低周疲劳行为与裂纹萌生寿命预测研究 被引量:1
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作者 李腾飞 李东铭 +3 位作者 陈子光 郁汶山 阚前华 张旭 《力学学报》 北大核心 2025年第5期1160-1173,共14页
P91钢因其在高温环境下的优异性能,被广泛应用于关键结构部件.然而,其循环软化行为和疲劳裂纹的萌生行为尚未得到全面理解,限制了材料的可靠性设计与寿命预测.为此,提出了一种基于物理机制的晶体塑性本构模型,系统考虑了背应力演化、马... P91钢因其在高温环境下的优异性能,被广泛应用于关键结构部件.然而,其循环软化行为和疲劳裂纹的萌生行为尚未得到全面理解,限制了材料的可靠性设计与寿命预测.为此,提出了一种基于物理机制的晶体塑性本构模型,系统考虑了背应力演化、马氏体板条粗化和位错滑移/攀移机制,并对模型进行了有限元实现.模拟结果成功再现了P91钢在高温循环过程中的实验现象,验证了模型的准确性和适用性.研究表明,P91钢在高温下的循环软化行为主要源于马氏体板条粗化和位错密度下降等微观结构的恢复过程,而疲劳裂纹则倾向于在晶界或三晶交汇区域优先萌生.通过累积塑性滑移和累积能量耗散的两种疲劳指标因子(fatigue indicator parameters,FIPs)进行裂纹萌生寿命预测,结果显示,两种FIPs均表现出良好的预测能力,其预测数据点全部分布在二倍误差带内.在高应变幅值条件下,基于累积能量耗散的疲劳寿命预测精度更高,凸显其在高温疲劳行为研究中的应用潜力.本研究为深入揭示P91钢的循环塑性行为及疲劳裂纹萌生规律提供了科学依据,也为高温材料的可靠性设计提供了方法框架. 展开更多
关键词 p91钢 晶体塑性理论 循环软化 马氏体板条粗化 寿命预测
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P91钢蠕变-疲劳交互作用应变特征与寿命预测 被引量:12
2
作者 张国栋 赵彦芬 +3 位作者 薛飞 张路 刘艳 赖云亭 《中国电力》 CSCD 北大核心 2011年第10期54-59,共6页
对电厂用关键材料P91钢在546℃下进行应力控制的蠕变疲劳交互作用研究,分别对滞回线,全应变范围,平均应变和非弹性应变进行分析和讨论。基于应力控制蠕变-疲劳交互实验特点,考虑了上下保载时间对寿命的影响,采用改进型的频率修正法对P9... 对电厂用关键材料P91钢在546℃下进行应力控制的蠕变疲劳交互作用研究,分别对滞回线,全应变范围,平均应变和非弹性应变进行分析和讨论。基于应力控制蠕变-疲劳交互实验特点,考虑了上下保载时间对寿命的影响,采用改进型的频率修正法对P91钢进行寿命预测。研究结果表明:应力控制下的蠕变-疲劳交互作用,使P91钢呈现兼有循环蠕变与静蠕变的失效形式,随着循环数的增加,滞回线向右移动:非弹性应变影响了蠕变-疲劳交互寿命,其增长速率随着材料寿命的减小而增大。寿命预测结果与试验结果吻合较好,95%的数据点落于2倍误差带范围之内。研究结果为P91钢蠕变疲劳寿命预测提供了理论和实验基础。 展开更多
关键词 p91钢 蠕变-疲劳 寿命预测 应变特征 试验
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P91钢蠕变损伤试验研究与数值模拟 被引量:9
3
作者 束国刚 赵彦芬 +2 位作者 薛飞 张路 张国栋 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第23期103-107,共5页
P91钢广泛应用于我国电厂锅炉与管道中,其蠕变损伤性能的研究对预测电厂寿命具有一定的理论和工程意义。基于P91钢546℃下的蠕变试验,采用双参数法对Kachanov-Rabotnov(K-R)蠕变损伤本构方程的参数进行拟合。开发了有限元软件的用户子程... P91钢广泛应用于我国电厂锅炉与管道中,其蠕变损伤性能的研究对预测电厂寿命具有一定的理论和工程意义。基于P91钢546℃下的蠕变试验,采用双参数法对Kachanov-Rabotnov(K-R)蠕变损伤本构方程的参数进行拟合。开发了有限元软件的用户子程序,对蠕变试样进行有限元分析,有限元分析结果与试验值进行了比较。结果表明,通过有限元分析获得的损伤量与断裂时间试验结果吻合较好,说明该研究结果可以为P91钢的蠕变损伤分析和寿命预测提供理论基础。 展开更多
关键词 蠕变损伤 蠕变试验 数值模拟 p91钢 参数回归
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国产P91钢的热处理工艺优化研究 被引量:11
4
作者 束国刚 薛飞 +5 位作者 范长信 刘树涛 刘江南 王正品 石崇哲 张路 《中国电力》 CSCD 北大核心 2003年第8期20-23,共4页
用单因素比较试验法和正交试验法进行国产9Cr-1Mo-V-Nb-N钢管试制品热处理工艺的优化研究,采用2×16个力学性能的多指标综合量化评估法得到优化的热处理工艺参数:正火温度(1055±15)℃,回火温度(765±15)℃。
关键词 p91钢 热处理工艺 优化 力学性能 拉伸指标
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P91钢蒸汽管道软化机理与热处理工艺控制 被引量:13
5
作者 蔡文河 赵卫东 +2 位作者 王智春 李炜丽 刘建屏 《热力发电》 CAS 北大核心 2013年第1期23-25,共3页
对焊后回火导致的低硬度P91钢弯管材料软化的原因进行分析,测试其微观组织和力学性能,分析P91钢的软化机理。结果表明,软化后P91材料的拉伸强度和持久强度明显降低;P91钢管的加工工艺、过高的回火温度、过长的回火时间会促进马氏体再结... 对焊后回火导致的低硬度P91钢弯管材料软化的原因进行分析,测试其微观组织和力学性能,分析P91钢的软化机理。结果表明,软化后P91材料的拉伸强度和持久强度明显降低;P91钢管的加工工艺、过高的回火温度、过长的回火时间会促进马氏体再结晶导致铁素体的产生,这是引起P91钢软化的重要原因。对此,提出了控制热处理工艺的相关措施,如准确控制热处理炉的温度、回火恒温时间、升、降温速度等。 展开更多
关键词 p91钢 弯管 软化 回火 铁素体 热处理
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国产P91钢在蠕变过程中微观组织和性能的变化 被引量:19
6
作者 张红军 刘树涛 范长信 《中国电力》 CSCD 北大核心 2007年第7期12-16,共5页
超(超)临界火电机组高温部件用9% ̄12%Cr耐热钢的高温蠕变损伤性能对其使用寿命有重要的影响。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-Ray衍射仪和X-Ray能谱仪等对国产P91钢持久断裂试验前和持久断裂试验后(566℃、170MPa、12493.9h)的... 超(超)临界火电机组高温部件用9% ̄12%Cr耐热钢的高温蠕变损伤性能对其使用寿命有重要的影响。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X-Ray衍射仪和X-Ray能谱仪等对国产P91钢持久断裂试验前和持久断裂试验后(566℃、170MPa、12493.9h)的试样进行了低温断口、亚结构、第二相类型和成分分析,对P91钢的蠕变损伤性能进行了研究。P91钢在蠕变作用下,马氏体板条发生向亚晶结构的转变,位错密度大大降低,第二相颗粒粗化并聚集,部分合金元素由固溶态向化合态转移,同时析出新相M7C3和laves相Fe2Mo。在持久断裂试验后的试样中并未发现蠕变孔洞的存在,但组织的老化导致硬度的降低。 展开更多
关键词 p91钢 蠕变损伤 板条马氏体 位错密度 第二相
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P91钢蠕变—疲劳交互作用下断裂特性研究 被引量:6
7
作者 张国栋 薛飞 +3 位作者 王兆希 赵彦芬 张路 蒙新明 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期886-891,共6页
在546℃下,对电厂用关键材料P91钢进行应力控制的蠕变—疲劳交互作用下试验。分别讨论平均应力和应力幅对断裂时间的影响,分析断口形貌与韧窝脱粒成分,断口裂纹金相,获得P91钢蠕变—疲劳交互作用下断裂机制与断裂特性。研究结果表明,由... 在546℃下,对电厂用关键材料P91钢进行应力控制的蠕变—疲劳交互作用下试验。分别讨论平均应力和应力幅对断裂时间的影响,分析断口形貌与韧窝脱粒成分,断口裂纹金相,获得P91钢蠕变—疲劳交互作用下断裂机制与断裂特性。研究结果表明,由于微观裂纹的闭合,P91钢蠕变—疲劳交互作用寿命随着下保载的时间增加而增加。当平均应力远小于应力幅时,试样主要表现为疲劳断裂,当平均应力与应力幅相等时,试样为蠕变疲劳共同作用下的断裂特征,当平均应力远大于应力幅时,断裂特征为蠕变断裂。通过断口金相分析,试样断口裂纹均为穿晶断裂。对断口韧窝的脱粒成分研究,脱粒为氧化物。研究结果为P91钢蠕变—疲劳断裂机制分析提供理论和实验基础。 展开更多
关键词 p91钢 蠕变-疲劳 断口微观形貌 韧窝脱粒 断裂特征
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P91钢高温持久性能及蠕变损伤研究 被引量:17
8
作者 何晓东 刘玉民 +1 位作者 刘东 刘雪峰 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2013年第10期79-82,86,共5页
对P91管样进行持久性能试验,其持久强度不低于相关标准推荐的持久强度,采用金相、扫描电镜和X射线能谱分析等手段对P91原始管样和经不同持久断裂时间的试样进行蠕变损伤分析。结果表明,P91在蠕变作用下,发生以蠕变孔洞为主要损伤方式的... 对P91管样进行持久性能试验,其持久强度不低于相关标准推荐的持久强度,采用金相、扫描电镜和X射线能谱分析等手段对P91原始管样和经不同持久断裂时间的试样进行蠕变损伤分析。结果表明,P91在蠕变作用下,发生以蠕变孔洞为主要损伤方式的失效;在持久试验中,合金元素由固溶态向化合态转移,析出相不断形成,伴随持久试验时间的增长,析出相不断聚集长大,随着组织老化,P91钢管的硬度降低。 展开更多
关键词 p91钢 持久性能 蠕变 损伤分析
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P91钢的性能与组织结构研究 被引量:16
9
作者 郑准备 张兵 王小迎 《热加工工艺》 CSCD 北大核心 2008年第24期57-58,共2页
通过力学性能分析、光学显微镜分析、透射电子显微镜分析等方法,对P91钢性能与组织结构间的关系进行了研究。结果表明,在力学性能不同的情况下,P91钢的金相组织形貌有所差异,其亚结构和碳化物的形态也相应有所不同。
关键词 p91钢 组织形貌 亚结构
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SA-335 P91钢全位置窄间隙热丝TIG焊接工艺及接头性能研究 被引量:12
10
作者 徐祥久 张宇 +1 位作者 黄超 柳云天 《压力容器》 北大核心 2019年第8期12-15,32,共5页
针对SA-335 P91钢大口径管环缝,采用轨道式全位置热丝TIG焊机进行了窄间隙焊接。将整条环缝均分为16个区域,根据不同位置熔池受力状态对各区的焊接工艺参数进行修正设置,并对所获焊接接头的组织和性能进行了研究。所获焊缝和热影响区的... 针对SA-335 P91钢大口径管环缝,采用轨道式全位置热丝TIG焊机进行了窄间隙焊接。将整条环缝均分为16个区域,根据不同位置熔池受力状态对各区的焊接工艺参数进行修正设置,并对所获焊接接头的组织和性能进行了研究。所获焊缝和热影响区的组织均为回火马氏体,焊接接头的拉伸、弯曲、冲击等力学性能均满足要求。结果表明,窄间隙热丝TIG焊接工艺参数合理,分区修正设置恰当,能够满足SA-335 P91钢大口径管全位置焊接要求。 展开更多
关键词 SA-335 p91钢 全位置 窄间隙 热丝TIG 焊接
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P91钢焊缝蠕变非线性超声检测中的衰减修正方法研究 被引量:4
11
作者 原可义 韩赞东 +1 位作者 陈以方 钟约先 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第7期50-54,共5页
从理论上分析了衰减对非线性超声测量值的影响,并根据实际检测条件提出了一种利用时域能量对衰减进行修正的方法。以不同蠕变状态的P91钢及其焊缝为检测对象,对比了衰减修正前后的非线性超声测量值,实验结果证明,在蠕变程度较高或衰减... 从理论上分析了衰减对非线性超声测量值的影响,并根据实际检测条件提出了一种利用时域能量对衰减进行修正的方法。以不同蠕变状态的P91钢及其焊缝为检测对象,对比了衰减修正前后的非线性超声测量值,实验结果证明,在蠕变程度较高或衰减较大的条件下,该方法能够有效的修正衰减对非线性系数测量值的影响,应用该方法可以对P91及其焊缝的蠕变状态做出更为准确的评价。 展开更多
关键词 p91钢 超声 非线性 焊缝 蠕变
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依据ASME标准准确识别P91钢管 被引量:7
12
作者 杨富 赵卫东 蔡文河 《中国电力》 CSCD 北大核心 2007年第5期47-50,共4页
P91钢是一种新型的应用前景良好的高合金耐热钢,广泛应用于火力发电厂的高温承压管道。国内使用的部分P91钢管由于在采购、验收等环节中未严格执行ASME标准,造成了严重的质量事故和安全隐患。通过对P91钢的化学成分、力学性能、组织结... P91钢是一种新型的应用前景良好的高合金耐热钢,广泛应用于火力发电厂的高温承压管道。国内使用的部分P91钢管由于在采购、验收等环节中未严格执行ASME标准,造成了严重的质量事故和安全隐患。通过对P91钢的化学成分、力学性能、组织结构等方面的分析,全面介绍了P91钢的强韧性机理、应能达到的性能指标和具备的微观组织形态。论述了在实际使用中如何按照ASME标准有效地鉴别P91钢管及通过试验和检验手段识别出不符合要求的P91钢管等,为在采购、验收、使用等各环节中准确识别P91钢管提供参考。 展开更多
关键词 p91钢 主蒸汽管道 采购 验收 ASME标准
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P91钢高温热损伤的二次谐波评价 被引量:6
13
作者 孙锦中 马世伟 +1 位作者 蔡叶青 韦习成 《声学技术》 CSCD 北大核心 2015年第6期510-514,共5页
P91钢是重要的核电承压钢结构材料,对其进行早期损伤评价具有重要意义。基于非线性超声理论,对P91钢不同温度的热损伤试样进行了非线性超声检测试验,逐级加大激励电压,基波幅度平方和二次谐波幅度呈现出良好线性关系,对基波和二次谐波... P91钢是重要的核电承压钢结构材料,对其进行早期损伤评价具有重要意义。基于非线性超声理论,对P91钢不同温度的热损伤试样进行了非线性超声检测试验,逐级加大激励电压,基波幅度平方和二次谐波幅度呈现出良好线性关系,对基波和二次谐波进行频谱分析得到非线性系数,结果显示随着热处理温度的升高,非线性系数逐渐增大,可用于对这类材料热损伤进行有效评价。 展开更多
关键词 非线性超声 二次谐波 热损伤 p91钢
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P91钢的蠕变-疲劳交互作用研究现状 被引量:8
14
作者 纪冬梅 轩福贞 +1 位作者 涂善东 姚秀平 《压力容器》 北大核心 2011年第6期37-43,59,共8页
综述了国内外关于P91钢的蠕变-疲劳试验,以及前人在试验数据基础上开展的蠕变-疲劳交互作用研究和蠕变-疲劳寿命预测模型研究。综述前人的研究成果,得到了以下结论:应变控制的蠕变-疲劳试验,试验过程中保载时间会发生变化;应变控制的蠕... 综述了国内外关于P91钢的蠕变-疲劳试验,以及前人在试验数据基础上开展的蠕变-疲劳交互作用研究和蠕变-疲劳寿命预测模型研究。综述前人的研究成果,得到了以下结论:应变控制的蠕变-疲劳试验,试验过程中保载时间会发生变化;应变控制的蠕变-疲劳试验认为蠕变与疲劳互相促进作用,应力控制的蠕变-疲劳试验认为疲劳抑制了蠕变;修正的延性耗损模型较适用于预测P91钢的蠕变-疲劳寿命;试验条件相同的情况下,对于CF(Creep-fatigue)试验与RF(Re-laxation Fatigue)试验,CF寿命明显小于RF寿命;利用ASME规范预测的寿命偏于保守,利用RCC-MR/DDS规范预测的寿命稍高于试验值。 展开更多
关键词 p91钢 蠕变-疲劳 交互作用 寿命预测
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固态相变对P91钢焊接残余应力的影响 被引量:8
15
作者 毕涛 邓德安 +1 位作者 刘晓占 童彦刚 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期55-59,116,共5页
基于SYSWELD软件,首先模拟了P91的Satoh试验,得到加热、冷却过程中的温度-应力曲线.通过Satoh试验探讨了因固态相变引起的体积变化、屈服强度的变化和相变过程中的超塑性对残余应力形成过程的影响.随后,以平板TIG重熔模型为研究对象,系... 基于SYSWELD软件,首先模拟了P91的Satoh试验,得到加热、冷却过程中的温度-应力曲线.通过Satoh试验探讨了因固态相变引起的体积变化、屈服强度的变化和相变过程中的超塑性对残余应力形成过程的影响.随后,以平板TIG重熔模型为研究对象,系统讨论了固态相变对焊接残余应力分布和大小的影响.结果表明,体积膨胀对焊接残余应力的形成过程和最终应力的大小与分布有显著影响,它不仅可改变焊缝及HAZ处的应力大小,甚至可能改变应力的符号.相变引起的屈服强度变化对残余应力的形成及最终应力值的大小也有较明显的影响.相变塑性的影响比前两者小,它在相变过程中有一定的"应力松弛"效应. 展开更多
关键词 p91钢 固态相变 焊接残余应力 数值模拟
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P91钢焊接接头的冲击韧性 被引量:8
16
作者 张红军 刘树涛 范长信 《热力发电》 CAS 北大核心 2005年第11期99-101,共3页
对P91马氏体耐热钢焊接接头的冲击韧性进行分析,结果表明焊接时使用较低的焊接线能量有助于降低焊接接头组织的晶粒尺寸,减少马氏体板条块宽度,从而改善焊接接头的冲击韧性。
关键词 焊接接头 冲击韧性 马氏体 p91钢
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多轴应力状态下P91钢蠕变寿命损耗的研究 被引量:7
17
作者 刘学 郑善合 徐鸿 《现代电力》 2006年第4期46-49,共4页
根据单轴及多轴实验数据,运用ANSYS有限元方法,对高温P91钢蠕变进行研究。基于用户可编程特性,将含有损伤-硬化蠕变模型的程序写入ANSYS,该模型对含有第三区蠕变的模拟取得较好的效果。研究了在高温下金属材料多轴蠕变的骨点应力(Skelet... 根据单轴及多轴实验数据,运用ANSYS有限元方法,对高温P91钢蠕变进行研究。基于用户可编程特性,将含有损伤-硬化蠕变模型的程序写入ANSYS,该模型对含有第三区蠕变的模拟取得较好的效果。研究了在高温下金属材料多轴蠕变的骨点应力(Skeletal Point Stress)以及断裂时间与单轴蠕变的关系。对高温高压状态下弯头发生蠕变效应进行分析,指出蠕变效应对弯头部位应力变化的影响,通过对骨点应力的分析,得出弯头部件蠕变损耗的变化情况。研究结果为正确预测高温高压弯头部件的剩余寿命提供了理论依据。 展开更多
关键词 蠕变 p91钢 多轴应力 骨点应力 弯头 有限元 用户编程特性
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全循环周期和保载时间对P91钢蠕变-疲劳裂纹扩展行为的影响 被引量:3
18
作者 刘长军 闫阿晨 +3 位作者 谈建平 秦敬芳 张静 王东辉 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第11期947-952,共6页
在620℃下对P91钢进行了蠕变-疲劳裂纹扩展试验,研究了全循环周期对裂纹起裂时间的影响,并讨论了不同保载时间下的裂纹扩展规律。结果表明:在单对数坐标下裂纹起裂时间与全循环周期呈线性关系;当全循环周期小于20 s时,裂纹起裂循环次数... 在620℃下对P91钢进行了蠕变-疲劳裂纹扩展试验,研究了全循环周期对裂纹起裂时间的影响,并讨论了不同保载时间下的裂纹扩展规律。结果表明:在单对数坐标下裂纹起裂时间与全循环周期呈线性关系;当全循环周期小于20 s时,裂纹起裂循环次数不随全循环周期变化;采用断裂参量ΔK表征裂纹扩展速率时,裂纹扩展速率随保载时间的增加而增大,但随ΔK的增大先减小后增大;断裂参量(Ct)avg可较好地关联不同保载时间的平均裂纹扩展速率。 展开更多
关键词 p91钢 蠕变 疲劳 全循环周期 保载时间 裂纹起裂时间 裂纹扩展性能
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P91钢管道受限空间焊缝相控阵超声检测 被引量:5
19
作者 韩传高 王飞 +2 位作者 赵阳 王方方 贺锡鹏 《热力发电》 CAS CSCD 北大核心 2021年第9期167-172,共6页
针对管道受限空间焊接接头难以检测的问题,提出相控阵超声检测方法。采用CIVA仿真软件对相控阵超声检测的探头和换能器参数进行设计优化,开发了受限空间相控阵超声检测工艺,并将本文相控阵超声检测与X射线检测进行仿真对比。仿真结果表... 针对管道受限空间焊接接头难以检测的问题,提出相控阵超声检测方法。采用CIVA仿真软件对相控阵超声检测的探头和换能器参数进行设计优化,开发了受限空间相控阵超声检测工艺,并将本文相控阵超声检测与X射线检测进行仿真对比。仿真结果表明:本文设计开发的相控阵超声检测方法可以有效检出缺陷,缺陷定位及各缺陷幅值响应规律与实测值相似;本文检测方法相较于X射线检测,在缺陷定性上基本一致,在缺陷深度及高度的测量更具优势,但上表面存在小于5 mm的盲区;对于本文检测方法表面及近表面盲区缺陷可采用增加相控阵超声探头检测位置和其他方法作为补充检测工艺。 展开更多
关键词 管道焊缝 受限空间 p91钢 相控阵超声检测 X射线检测 仿真
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基于支持向量机的P91钢蠕变-疲劳寿命预测 被引量:5
20
作者 纪冬梅 轩福贞 +1 位作者 涂善东 姚秀平 《压力容器》 北大核心 2011年第10期15-21,8,共8页
以相关文献中关于P91钢母材和焊材蠕变-疲劳试验数据为样本数据,利用支持向量机方法,以保载时间为模型的输入特征参数,蠕变寿命或疲劳寿命为模型的输出特征参数,通过训练试验数据建立P91钢寿命预测模型,并用部分数据验证模型的预测能力... 以相关文献中关于P91钢母材和焊材蠕变-疲劳试验数据为样本数据,利用支持向量机方法,以保载时间为模型的输入特征参数,蠕变寿命或疲劳寿命为模型的输出特征参数,通过训练试验数据建立P91钢寿命预测模型,并用部分数据验证模型的预测能力。同时研究了不敏感系数对于模型推广能力的影响。结果表明,SVM方法可以用于预测P91钢的蠕变-疲劳寿命,且不敏感系数越小,训练样本数据时误差较小,但是模型泛化能力较弱;不敏感系数越大,训练样本数据时误差较大,但是模型泛化能力较强。 展开更多
关键词 p91钢 支持向量机 蠕变-疲劳 寿命预测
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