發(fā)布時間：2020-11-20 10:00

　　 以奧氏體不銹鋼為代表的核電結構材料服役期間承受著復雜變幅載荷作用,將不可避免的造成裂尖局部材料的應變強化現象,使得應力腐蝕開裂(SCC)裂紋的擴展行為變得更加復雜,從而給核電結構的長期運行帶來極大的安全隱患。鑒于裂紋尖端局部微觀區(qū)域應變強化材料力學性能的難以獲取,而且對SCC裂紋擴展驅動力及速率有重大影響。本文通過采取理論、試驗(物理試驗和數值模擬)和宏微觀相結合的手段,建立了局部微觀材料力學性能的獲取方法,并研究了應變強化前后裂尖局部微觀材料力學性能的變化對于SCC裂尖微觀驅動力及裂紋擴展速率的影響,完成的主要研究工作如下:(1)基于直流電位降(DCPD)測量系統、靜態(tài)應變儀和有限元相結合的應變標定方法,分析了拉伸過程中應變變化的規(guī)律,準確獲取了拉伸試樣段的應變,并對奧氏體304不銹鋼的工程應力應變曲線進行了修正。(2)采用了壓痕理論及其試驗方法對奧氏體304不銹鋼的力學性能進行了測量獲取,并建立了相應的壓痕數值模擬試驗進行了驗證,同時與拉伸試驗結果對比評價了壓痕法表征材料力學性能的可靠性。(3)借助不同缺口寬度的預強化態(tài)試樣,通過壓痕試驗對不同缺口寬度處的局部材料性能進行測定獲取,分析并建立了缺口與材料力學性能參數之間的變化規(guī)律,最終以理論推導的方式獲得了裂尖局部微觀區(qū)域材料的力學性能。(4)利用ABAQUS有限元軟件,采用理論研究和有限元分析結合的方法,建立了含溝型SCC裂紋尖端的宏觀模型及子模型,分析研究了典型核電材料在裂尖局部發(fā)生應變強化前后的SCC裂紋擴展驅動力及速率。
【學位單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2020
【中圖分類】：TG142.71;TM623
【部分圖文】：

開裂(SCC)為代表的環(huán)境致裂(EAC)[5]，并且其SCC裂紋會隨時間不斷擴展，一旦發(fā)生開裂問題將導致堆內大量冷卻劑以及放射性物質外逸泄漏，如果不能及時有效處理，最終會將核電關鍵結構帶到極其危險的邊緣[6]，成為影響核電設備長期安全運行的關鍵問題之一[7-9]，對核安全造成極大的威脅。如圖1.1為以SCC為代表的壓水堆一回路環(huán)境致裂結構失效區(qū)域的示意圖。核電安全端焊接接頭SCC現象SCC現象反應堆冷卻泵增壓器蒸汽發(fā)生器主回路噴嘴SCC焊接SCC包層裂紋壓力容器接管安全端控制棒控制棒驅動機構殼圖1.1壓水堆一回路SCC裂紋發(fā)生區(qū)

線、超聲波、渦流檢測等，還有以單軸拉伸試驗、小沖桿試驗為代表的常規(guī)取樣檢測方法，除此之外壓痕法作為一種新的測試方法，具有易操作、非破壞可適用于局部薄弱區(qū)域且能夠定量表征材料的力學性能等諸多優(yōu)勢而被廣泛關注[26,27]。尹濤等人[28]利用小尺寸缺口試樣的載荷-位移曲線，采用有限元輔助測試方法，獲得了延性材料的單軸本構關系。陳輝等人[29]基于小圓環(huán)試樣對四種金屬材料借助有限元數值分析和試驗相結合的方法確定了金屬材料的材料本構關系，并且在核電站、石油管道等關鍵結構件的力學性能獲取方面具有廣闊前景，如圖1.3所示。圖1.3壓痕測試方法在重要機械結構上的應用包陳等[30]人對壓力容器用鋼SA-508CT、SEB和CIET試樣進行試驗，獲得了考慮裂尖約束效應后的材料的延性斷裂性能參數。蘇成功等人[31]以不同狀態(tài)的壓縮機葉片常用的兩種鋼材為對象，采用球壓痕試驗和常規(guī)拉伸試驗相結合的方法，獲取了其材料性能參數并總結了屈服強度的擬合公式。唐杰等人[32]選取了3種壓力容器用鋼的鋼板為研究對象，分別進行了球壓痕試驗和常規(guī)拉伸試驗并對比分析，結果表明：球壓痕試驗在測試壓力容器用鋼力學性能方面的適用性和準確性。劉燕等人[33]以不同狀態(tài)的20鋼國產新管和斷裂管為研究對象，采用連續(xù)球壓痕對不同狀態(tài)鋼管的屈服強度和抗拉強度進行了測試，結果表明：連續(xù)球壓痕法能夠準確反映應變時效前后20鋼管的力學性能變化，可對不同狀態(tài)的20鋼管的力學性能進行無損測試。金樁等人[34]采用了連續(xù)循環(huán)加載方法代替多點單次加載方法得到了金屬材料的載荷位移曲線，通過有限元和量綱分析得到了不同金屬的應力應變曲線，并對其進行了驗證，結果表明：該方法與試驗數據具有較高的吻合度。伍聲寶等人[35]采用球壓痕試驗對16MnR鋼的拉伸性能進行了測試?

1緒論7局部發(fā)生應變強化前后的SCC裂尖微觀力學場和局部力學特征。(5)基于前人的研究理論和結果，選取了以裂尖應變(或應變率)為影響SCC裂紋擴展速率的關鍵力學參量，分析研究典型核電關鍵結構SCC裂紋在裂尖局部材料應變強化下的裂紋擴展速率的變化。1.3.2研究方法核電裂尖局部應變強化材料的應力腐蝕鈍化膜開裂、裂紋擴展等機理至今尚未有公認統一的說法，并且通過試驗獲取裂尖局部應變強化材料力學性能的難度極大。因此本文在研究材料局部力學性能獲取方面，以壓痕法所采用理論和試驗為基礎，首先獲取了缺口(裂縫)局部區(qū)域的的材料性能，并且結合常規(guī)物理試驗和數值模擬的方法，對壓痕法測定材料特性的準確性和可靠性進行了驗證；之后將裂紋和裂縫作類比，以理論推導獲取裂尖局部應變強化后的材料力學性能；基于此最后從力學角度出發(fā)，主要采用對現有SCC機理分析和有限元及試驗數據分析的手段來完成裂尖應變強化材料對SCC裂尖微觀驅動力和擴展速率的影響分析。1.3.3技術路線綜合上述，本文技術路線圖如圖1.4所示：圖1.4技術路線
【參考文獻】

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本文編號：2891253