核级材料应力腐蚀裂纹裂尖微观力学特性分析

发布时间：2017-10-20 05:49

  本文关键词：核级材料应力腐蚀裂纹裂尖微观力学特性分析

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【摘要】：奥氏体不锈钢和镍基合金等材料在核电高温高压水环境下的应力腐蚀开裂(SCC)是环境、材料和力学三者交互作用下的一种失效形式,也是影响核电结构安全的重要因素之一。为了了解裂尖力学因素对SCC扩展速率的影响规律,本文以氧化膜破裂理论为基础,以紧凑拉伸试样为研究对象,并以304L奥氏体不锈钢应力腐蚀裂尖形貌特征为主要依据,利用有限元法对由基体金属和氧化膜共同构成的SCC裂尖区域应力应变状态进行了详细分析,具体研究内容如下:(1)将SCC裂尖简化为楔形裂尖和弧形裂尖两种形貌,并分析了氧化膜和基体金属相结合的SCC裂尖的应力应变状态,发现楔形裂尖氧化膜裂尖越钝,氧化膜裂尖应力越大,而基体金属裂尖应力越小。氧化膜破裂前最大应力出现在氧化膜表面上,最大应变值出在基体金属裂纹扩展方向两侧,基体上的应变和氧化膜上的应力应该是造成氧化膜破裂的主要因素。(2)分析了材料性能和裂纹扩展驱动力对裂尖区域应力应变分布的影响,发现氧化膜材料比基体金属材料对应力强度因子KI的变化更加敏感。基体金属的屈服极限和硬化指数对裂尖区域应力的影响较大,对应变影响较小,而基体金属的弹性模量对裂尖区域应力应变的影响恰恰相反。(3)根据应力腐蚀扩展速率预测模型,分析了不同氧化膜和基体金属材料力学参数以及不同裂纹扩展驱动力对应力腐蚀裂纹扩展速率的影响。研究结果表明除了裂纹扩展驱动力对SCC扩展速率有很大的影响外、裂尖基体金属和氧化膜的材料力学参数对SCC扩展速率也有很大的影响。
【关键词】：核级材料 应力腐蚀开裂 应力应变 裂纹扩展速率 有限元法
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG172.9
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 选题背景及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-11
• 1.3 研究内容和方法11
• 1.4 技术路线11-13
• 2 氧化膜破裂理论与SCC速率预测模型13-20
• 2.1 断裂与应力腐蚀等相关知识13-16
• 2.2 氧化膜破裂与再生成模型16-17
• 2.3 SCC扩展速率预测模型研究17-20
• 3 裂尖形貌对裂尖微观力学特性的影响20-30
• 3.1 有限元模型20-22
• 3.1.1 楔形裂尖模型20-21
• 3.1.2 弧形裂尖模型21-22
• 3.2 量纲选择22
• 3.3 材料模型22-23
• 3.4 加载与约束23-24
• 3.5 计算结果分析24-28
• 3.5.1 楔形裂尖应力应变状态分析24-26
• 3.5.2 弧形裂尖应力应变状态分析26-28
• 3.6 小结28-30
• 4 材料性能和裂纹扩展驱动力对裂尖微观力学特性的影响30-44
• 4.1 材料性能对裂尖微观力学特性的影响30-39
• 4.1.1 有限元模型30-31
• 4.1.2 基体金属弹性模量对裂尖应力应变的影响31-33
• 4.1.3 基体金属屈服极限对裂尖应力应变的影响33-35
• 4.1.4 基体金属硬化指数对裂尖应力应变的影响35-37
• 4.1.5 氧化膜弹性模量对裂尖应力应变的影响37-39
• 4.2 裂纹扩展驱动力对裂尖微观力学特性的影响39-42
• 4.2.1 有限元模型39-40
• 4.2.2 计算结果分析40-42
• 4.3 小结42-44
• 5 不锈钢 304L应力腐蚀扩展速率研究44-48
• 5.1 裂纹扩展驱动力对SCC速率的影响44-45
• 5.2 材料性能对SCC扩展速率的影响45-47
• 5.2.1 基体金属弹性模量对SCC速率的影响45
• 5.2.2 基体金属屈服极限对SCC速率的影响45-46
• 5.2.3 基体金属硬化指数对SCC速率的影响46
• 5.2.4 氧化膜弹性模量对SCC速率的影响46-47
• 5.3 小结47-48
• 6 结论与展望48-50
• 6.1 结论48
• 6.2 展望48-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-55
• 攻读硕士期间发表论文和参加科研情况55-56

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本文编号：1065597