高端高温装备的“保健医生”——全寿命保障技术体系

  在航空航天、石油化学工业及能源等领域，如何让核心高温装备在恶劣的使用环境中满足长寿命和高可靠性的需求，是一大挑战。其中，蠕变及蠕变—疲劳交互失效模式是高温装备的“顽疾”，其全周期的寿命保障一直是世界公认的技术难题。

  华东理工大学机动学院教授张显程、涂善东团队与合作单位，潜心多年构建了“基于工程损伤理论研发的高温装备全寿命保障技术体系”，并大范围的应用到东方电气、扬子石化等企业中，取得显著经济效益的同时，提升了高温装备设计制造能力的国际线年度上海市科学技术奖公布，该项目获上海市科技进步奖一等奖。

  同人类一样，高端高温装备也有一个从“出生”到“成长”再到“衰老”的生命周期，也会出现“机体损伤”和“机能衰退”。而且，在“自然衰老”的过程中，它们还要承受持续的高强度“工作所承受的压力”，如此就造成了装备的“蠕变—疲劳”现象。

  “‘自然衰老’和‘过度劳累’同时作用，会让装备比预期更早失效，甚至会出现严重破裂，因此，我们不仅要关注装备的‘自然老化’过程，还要采取一定的措施，来控制和减缓高强度工作带来的‘损伤’，给高端高温装备提供一整套‘保健医生’式的健康管理方案。”张显程解释。

  工程损伤理论的创新点在于，能够覆盖多模式、强时变、跨尺度损伤特征，提高工程适用性和普适性。应用工程损伤理论，可以为高端高温装备实现精确的寿命设计，评估机械设备在使用中的损伤状态和剩余寿命，为机械系统的运行和维护管理提供便利。

  近10年间，围绕测试方法、寿命设计、工艺调控、失效判据等共性关键技术，张显程团队分别突破高端高温装备全寿命周期保障的“损伤表征”“损伤评定”“损伤调控”“损伤容限”等系列瓶颈难题，实现了一系列的重要创新：突破了蠕变—疲劳损伤测试边界，建立了蠕变—疲劳寿命设计体系，创建了蠕变—疲劳损伤调控技术，制定了蠕变—疲劳损伤容限判据。

  由此，从装备“出生”时的精密测试和设计，到“成长”过程中的工艺优化和性能调控，再到“老化”阶段的预防性维护和寿命延长措施，该研究成果为高温高端装备定制了一套从“被动”到“主动”、覆盖全寿命周期的健康管理计划。

  目前，项目成果已成功应用实施到能源、化工、航空等不相同的领域高温装备的设计、制造与运维中，获授权25项发明专利、9项软件著作权，制定了5项国家标准（其中牵头3项）及4项行业标准。

  委员会力学及工艺性能测试方法分技术委员会所给出的评价——“形成了‘测试方法-寿命设计-安全评定’的标准体系，技术指标普遍优于国外同类标准”，该成果在重型燃机、国产航空发动机、大型汽轮机强度设计方法、大型反应器/塔器的焊接与自主国产化制造、超期服役装备的失效评定与延寿策略等方面，实现了关键技术的自主可控，提升了重大装备设计制造能力的国际话语权。

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