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高温下材料的机械性能会发生明显的劣化。如温度升高会加剧蠕变松弛,循环载荷下会发生疲劳损伤或累积变形。高温垫片是螺栓法兰接头的关键密封元件,其在反复使用或振动工况下的机械性能直接影响到法兰接头的紧密性。已有的研究极少涉及循环压缩载荷下垫片的机械性能。因此,本文系统研究了柔性石墨增强垫片和无石棉垫片在高温循环压缩载荷下的变形行为,并对其压缩回弹性能和蠕变性能进行表征,主要内容如下:(1)设计了一套垫片循环压缩蠕变疲劳测试装置。系统研究了插入物类型、温度、应力幅、应力率和加载顺序对柔性石墨增强垫片的影响。研究表明,柔性石墨增强垫片在循环脉动压缩载荷下呈新月形的应力应变关系;由于压缩硬化现象,其之后的应力应变曲线与不锈钢材料在小应力幅下的应力应变曲线相似;3540、3885、3560、3656型垫片在500~600℃时,峰值压缩应力32MPa下的平均压缩模量分别为64.83MPa,85.62MPa,64.14MPa和64.98MPa。柔性石墨增强垫片于500℃,小应力幅2MPa、4MPa或8MPa下的累积变形量在每个载荷步的前25次压缩循环中随着循环次数的增加而增加,而在随后的循环中逐渐趋于稳定;在500℃或更高温度下,其累积变形随峰值应力32MPa的脉动载荷循环次数的增加而增加。(2)无石棉垫片的第一次循环压缩模量表现出明显的温度和率相关性。当温度小于150℃时,压缩模量随温度升高而明显降低。然而,温度大于150℃时,压缩模量变化很微小;当应力率小于16MPa/s时,压缩模量随应力率的增加而大幅提高。当应力率大于16MPa/s时,压缩模量的变化则不是很明显;约前75次循环内,不同温度和应力率下每次循环的棘轮应变率迅速减小,而在随后的循环中棘轮应变率保持微小的增量,表明75次循环后安定行为的发生。(3)研究小幅疲劳载荷下无石棉垫片的棘轮变形和蠕变性能。100℃和150℃两种试验温度条件下,应力比0.9时,能观察到明显的棘轮变形。温度越高,垫片的棘轮应变会相应的增加。不同温度下每次循环的棘轮应变率总是随着循环次数的增加而减少。在循环次数为10次时,100℃和150℃对应的棘轮应变分别约为6.9%和8.5%,在循环次数为1000次时,两种温度对应的棘轮应变分别约为9.1%和10.1%;试验前1小时内,蠕变应变率迅速下降,随后的试验时间内,蠕变应变率下降非常缓慢,最后趋于稳定。100℃时的蠕变应变率小于0.01%每小时,150℃时小于0.1%每小时;在相同测试时间内,小幅疲劳载荷下的棘轮应变演化非常接近蠕变应变。这表明,当应力幅较小时(R>0.9),无石棉垫片的棘轮应变可近似采用对应峰值条件下的蠕变应变进行评估。