核电用低合金钢断裂韧性测定和预测方法的研究
发布时间：2021-06-20 21:34
断裂韧性是评价和保证核电设备结构完整性能力最为关键的参数之一。目前该领域研究存在的主要问题是断裂韧性测试标准选用原则不明确,服役温度对核电用国产SA508-Ⅲ钢断裂行为的影响机理还不清楚且直接考虑温度影响的断裂韧性预测模型尚未建立。本文从钝化线建立理论出发,分析了断裂韧性测试标准的适用性并提出了归一化的断裂韧性数据处理方法。系统地研究了国产SA508-Ⅲ钢在典型温度下的断裂行为及细观损伤机理。针对高温断裂韧性测试难度大等困难,建立了考虑温度影响的断裂韧性预测模型。本文主要研究内容及结论如下:基于钝化线建立理论分析了ASTM E1820和ISO 12135两个标准的适用性,研究发现两种标准分别采用了理想弹塑性和幂强化弹塑性本构假设进而获得了不同的钝化线方程。阐明了断裂韧性测试标准的选用原则,提出基于材料的本构假设模型,即材料在不同温度下的单轴拉伸曲线是否有明显的屈服平台（Constitutive Curve Method,CCM）来确定材料在不同温度下断裂韧性的测定。在ASTM E1820标准规定的范围内,采用了不同几何参数的紧凑拉伸试样（Compact Tension,CT）,通过测试...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
核电发展历程及压水堆(PressurizedVesselReactor,PWR)发电原理示意图
美国于 1958 年率先组成断裂试验专门委员会，是为了建立有关测定材料断裂韧性的试验方法，首次制定了用含预制疲劳裂纹的三点弯曲试样（SEB）测定高强度金属材料平面应变断裂韧性操作规程草案，并于 1970 年颁发了世界第一个断裂韧性试验标准 ASTME399-70T，最新版本为 ASTME399-12[15]。此后，断裂韧性测试受到世界各国的普遍重视并蓬勃发展。基于线弹性断裂力学为基础的应力强度因子（K）概念具有相当广泛的普适性[10,13]，因此，对于任何含裂纹的试样似乎都可以用来做试验，以测定材料的断裂韧性 KIC。但实际上常常会遇到一些技术难题：如薄板试样难以满足裂纹前缘的三轴拘束状态；三维裂纹试样由于应力强度因子标定比较复杂，难以作为标准试样；裂纹方位不对称的试样，在预制疲劳裂纹时会出现分支裂纹而使问题变化；几何形状复杂的试样在加工制作上费时费力[30]。于是，ASTM 规范根据设备或结构件的几何特征属性建议了 5 种形式的标准试样：紧凑拉伸试样、三点弯曲试样、中心裂纹试样、圆盘状紧凑拉伸试样和拱形拉伸试样[10]。每种试样均有 3 个重要尺寸：裂纹长度 a、试样宽度 W 和厚度 B。
(a) 裂纹试样受力分析 (b) 裂纹前缘应力状态 (c) J 和 K 点应力状态 (d) I 点应力状态图 1-3 裂纹尖端不同区域受力分析示意图[31]为了确保 KIC有效，ASTM E399-12 标准[15]对试样尺寸及载荷张开位移曲线提出了严格的要求。首先，在裂纹尖端附近应满足平面应变的约束条件，试样厚度至少应比塑性区尺寸大一个数量级，否则会出现平面应力特性。在试样表面总会出现唇状剪切区域为了使平面应变状态占优势，厚度必须很大。对于低屈服强度、高韧度材料会使标准试样厚度达到 0.5~1.0 m 的数量级而且还需要大吨位的试验设备[30]。对于这类材料 KIC试验是难以进行的，必须用其它断裂参量来表征。对于常用的金属材料，裂纹尖端附近必然存在塑性区（图 1-3（b））。如果塑性区尺寸与裂纹尺度相当，裂纹尖端塑性区的应力应变场将不会再受 K 场控制，此时就必须考虑裂纹体的弹塑性行为[10]。因此，1968 年 Rice[32]提出了一个新的断裂韧性参数 J 积分如式（1-1）。d duJ W y T s (1-1
【参考文献】：
期刊论文
[1]ASTM和ISO标准断裂韧度测试方法比较研究[J]. 关鹏涛,李相清,郑三龙,包士毅,高增梁. 机械工程学报. 2017(06)
[2]金属材料准静态断裂性能标准测试技术研究进展[J]. 包陈,蔡力勋,石凯凯,但晨,姚瑶. 机械工程学报. 2016(08)
博士论文
[1]面内/面外拘束与脆性断裂韧性的关联及纳入拘束的结构断裂评定[D]. 母明钰.华东理工大学 2017
[2]材料力学测试技术中的理论方法与实验应用[D]. 包陈.西南交通大学 2011
本文编号：3239969
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
核电发展历程及压水堆(PressurizedVesselReactor,PWR)发电原理示意图
美国于 1958 年率先组成断裂试验专门委员会，是为了建立有关测定材料断裂韧性的试验方法，首次制定了用含预制疲劳裂纹的三点弯曲试样（SEB）测定高强度金属材料平面应变断裂韧性操作规程草案，并于 1970 年颁发了世界第一个断裂韧性试验标准 ASTME399-70T，最新版本为 ASTME399-12[15]。此后，断裂韧性测试受到世界各国的普遍重视并蓬勃发展。基于线弹性断裂力学为基础的应力强度因子（K）概念具有相当广泛的普适性[10,13]，因此，对于任何含裂纹的试样似乎都可以用来做试验，以测定材料的断裂韧性 KIC。但实际上常常会遇到一些技术难题：如薄板试样难以满足裂纹前缘的三轴拘束状态；三维裂纹试样由于应力强度因子标定比较复杂，难以作为标准试样；裂纹方位不对称的试样，在预制疲劳裂纹时会出现分支裂纹而使问题变化；几何形状复杂的试样在加工制作上费时费力[30]。于是，ASTM 规范根据设备或结构件的几何特征属性建议了 5 种形式的标准试样：紧凑拉伸试样、三点弯曲试样、中心裂纹试样、圆盘状紧凑拉伸试样和拱形拉伸试样[10]。每种试样均有 3 个重要尺寸：裂纹长度 a、试样宽度 W 和厚度 B。
(a) 裂纹试样受力分析 (b) 裂纹前缘应力状态 (c) J 和 K 点应力状态 (d) I 点应力状态图 1-3 裂纹尖端不同区域受力分析示意图[31]为了确保 KIC有效，ASTM E399-12 标准[15]对试样尺寸及载荷张开位移曲线提出了严格的要求。首先，在裂纹尖端附近应满足平面应变的约束条件，试样厚度至少应比塑性区尺寸大一个数量级，否则会出现平面应力特性。在试样表面总会出现唇状剪切区域为了使平面应变状态占优势，厚度必须很大。对于低屈服强度、高韧度材料会使标准试样厚度达到 0.5~1.0 m 的数量级而且还需要大吨位的试验设备[30]。对于这类材料 KIC试验是难以进行的，必须用其它断裂参量来表征。对于常用的金属材料，裂纹尖端附近必然存在塑性区（图 1-3（b））。如果塑性区尺寸与裂纹尺度相当，裂纹尖端塑性区的应力应变场将不会再受 K 场控制，此时就必须考虑裂纹体的弹塑性行为[10]。因此，1968 年 Rice[32]提出了一个新的断裂韧性参数 J 积分如式（1-1）。d duJ W y T s (1-1
【参考文献】：
期刊论文
[1]ASTM和ISO标准断裂韧度测试方法比较研究[J]. 关鹏涛,李相清,郑三龙,包士毅,高增梁. 机械工程学报. 2017(06)
[2]金属材料准静态断裂性能标准测试技术研究进展[J]. 包陈,蔡力勋,石凯凯,但晨,姚瑶. 机械工程学报. 2016(08)
博士论文
[1]面内/面外拘束与脆性断裂韧性的关联及纳入拘束的结构断裂评定[D]. 母明钰.华东理工大学 2017
[2]材料力学测试技术中的理论方法与实验应用[D]. 包陈.西南交通大学 2011
本文编号：3239969
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