發(fā)布時(shí)間：2020-11-20 10:00

　　 以?shī)W氏體不銹鋼為代表的核電結(jié)構(gòu)材料服役期間承受著復(fù)雜變幅載荷作用,將不可避免的造成裂尖局部材料的應(yīng)變強(qiáng)化現(xiàn)象,使得應(yīng)力腐蝕開裂(SCC)裂紋的擴(kuò)展行為變得更加復(fù)雜,從而給核電結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期運(yùn)行帶來(lái)極大的安全隱患。鑒于裂紋尖端局部微觀區(qū)域應(yīng)變強(qiáng)化材料力學(xué)性能的難以獲取,而且對(duì)SCC裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力及速率有重大影響。本文通過(guò)采取理論、試驗(yàn)(物理試驗(yàn)和數(shù)值模擬)和宏微觀相結(jié)合的手段,建立了局部微觀材料力學(xué)性能的獲取方法,并研究了應(yīng)變強(qiáng)化前后裂尖局部微觀材料力學(xué)性能的變化對(duì)于SCC裂尖微觀驅(qū)動(dòng)力及裂紋擴(kuò)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(cè)量系統(tǒng)、靜態(tài)應(yīng)變儀和有限元相結(jié)合的應(yīng)變標(biāo)定方法,分析了拉伸過(guò)程中應(yīng)變變化的規(guī)律,準(zhǔn)確獲取了拉伸試樣段的應(yīng)變,并對(duì)奧氏體304不銹鋼的工程應(yīng)力應(yīng)變曲線進(jìn)行了修正。(2)采用了壓痕理論及其試驗(yàn)方法對(duì)奧氏體304不銹鋼的力學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)量獲取,并建立了相應(yīng)的壓痕數(shù)值模擬試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證,同時(shí)與拉伸試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比評(píng)價(jià)了壓痕法表征材料力學(xué)性能的可靠性。(3)借助不同缺口寬度的預(yù)強(qiáng)化態(tài)試樣,通過(guò)壓痕試驗(yàn)對(duì)不同缺口寬度處的局部材料性能進(jìn)行測(cè)定獲取,分析并建立了缺口與材料力學(xué)性能參數(shù)之間的變化規(guī)律,最終以理論推導(dǎo)的方式獲得了裂尖局部微觀區(qū)域材料的力學(xué)性能。(4)利用ABAQUS有限元軟件,采用理論研究和有限元分析結(jié)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(yīng)變強(qiáng)化前后的SCC裂紋擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力及速率。
【學(xué)位單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)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(huì)隨時(shí)間不斷擴(kuò)展，一旦發(fā)生開裂問(wèn)題將導(dǎo)致堆內(nèi)大量冷卻劑以及放射性物質(zhì)外逸泄漏，如果不能及時(shí)有效處理，最終會(huì)將核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)帶到極其危險(xiǎn)的邊緣[6]，成為影響核電設(shè)備長(zhǎng)期安全運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題之一[7-9]，對(duì)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(jié)構(gòu)失效區(qū)域的示意圖。核電安全端焊接接頭SCC現(xiàn)象SCC現(xiàn)象反應(yīng)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(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)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(cè)等，還有以單軸拉伸試驗(yàn)、小沖桿試驗(yàn)為代表的常規(guī)取樣檢測(cè)方法，除此之外壓痕法作為一種新的測(cè)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(xué)性能等諸多優(yōu)勢(shì)而被廣泛關(guān)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(cè)試方法，獲得了延性材料的單軸本構(gòu)關(guān)系。陳輝等人[29]基于小圓環(huán)試樣對(duì)四種金屬材料借助有限元數(shù)值分析和試驗(yàn)相結(jié)合的方法確定了金屬材料的材料本構(gòu)關(guān)系，并且在核電站、石油管道等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能獲取方面具有廣闊前景，如圖1.3所示。圖1.3壓痕測(cè)試方法在重要機(jī)械結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用包陳等[30]人對(duì)壓力容器用鋼SA-508CT、SEB和CIET試樣進(jìn)行試驗(yàn)，獲得了考慮裂尖約束效應(yīng)后的材料的延性斷裂性能參數(shù)。蘇成功等人[31]以不同狀態(tài)的壓縮機(jī)葉片常用的兩種鋼材為對(duì)象，采用球壓痕試驗(yàn)和常規(guī)拉伸試驗(yàn)相結(jié)合的方法，獲取了其材料性能參數(shù)并總結(jié)了屈服強(qiáng)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(duì)象，分別進(jìn)行了球壓痕試驗(yàn)和常規(guī)拉伸試驗(yàn)并對(duì)比分析，結(jié)果表明：球壓痕試驗(yàn)在測(cè)試壓力容器用鋼力學(xué)性能方面的適用性和準(zhǔn)確性。劉燕等人[33]以不同狀態(tài)的20鋼國(guó)產(chǎn)新管和斷裂管為研究對(duì)象，采用連續(xù)球壓痕對(duì)不同狀態(tài)鋼管的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明：連續(xù)球壓痕法能夠準(zhǔn)確反映應(yīng)變時(shí)效前后20鋼管的力學(xué)性能變化，可對(duì)不同狀態(tài)的20鋼管的力學(xué)性能進(jìn)行無(wú)損測(cè)試。金樁等人[34]采用了連續(xù)循環(huán)加載方法代替多點(diǎn)單次加載方法得到了金屬材料的載荷位移曲線，通過(guò)有限元和量綱分析得到了不同金屬的應(yīng)力應(yīng)變曲線，并對(duì)其進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明：該方法與試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較高的吻合度。伍聲寶等人[35]采用球壓痕試驗(yàn)對(duì)16MnR鋼的拉伸性能進(jìn)行了測(cè)試?

1緒論7局部發(fā)生應(yīng)變強(qiáng)化前后的SCC裂尖微觀力學(xué)場(chǎng)和局部力學(xué)特征。(5)基于前人的研究理論和結(jié)果，選取了以裂尖應(yīng)變(或應(yīng)變率)為影響SCC裂紋擴(kuò)展速率的關(guān)鍵力學(xué)參量，分析研究典型核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)SCC裂紋在裂尖局部材料應(yīng)變強(qiáng)化下的裂紋擴(kuò)展速率的變化。1.3.2研究方法核電裂尖局部應(yīng)變強(qiáng)化材料的應(yīng)力腐蝕鈍化膜開裂、裂紋擴(kuò)展等機(jī)理至今尚未有公認(rèn)統(tǒng)一的說(shuō)法，并且通過(guò)試驗(yàn)獲取裂尖局部應(yīng)變強(qiáng)化材料力學(xué)性能的難度極大。因此本文在研究材料局部力學(xué)性能獲取方面，以壓痕法所采用理論和試驗(yàn)為基礎(chǔ)，首先獲取了缺口(裂縫)局部區(qū)域的的材料性能，并且結(jié)合常規(guī)物理試驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法，對(duì)壓痕法測(cè)定材料特性的準(zhǔn)確性和可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證；之后將裂紋和裂縫作類比，以理論推導(dǎo)獲取裂尖局部應(yīng)變強(qiáng)化后的材料力學(xué)性能；基于此最后從力學(xué)角度出發(fā)，主要采用對(duì)現(xiàn)有SCC機(jī)理分析和有限元及試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析的手段來(lái)完成裂尖應(yīng)變強(qiáng)化材料對(duì)SCC裂尖微觀驅(qū)動(dòng)力和擴(kuò)展速率的影響分析。1.3.3技術(shù)路線綜合上述，本文技術(shù)路線圖如圖1.4所示：圖1.4技術(shù)路線
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2891253