轴向及内压复合作用下Zr-Sn-Nb/Zr-Nb合金的多轴棘轮效应研究
发布时间：2021-02-25 14:34
为了模拟锆合金包壳在发生反应性引入事故（RIA）时的多轴应力状态,对Zr-Sn-Nb/Zr-Nb合金进行了单轴对称循环试验以及在内压及轴向载荷复合作用下的多轴试验,研究了两种合金轴向/环向棘轮应变的累积特性与内压及轴向应力的相关性.单轴拉伸试验结果表明,Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的弹性模量相近均为85 GPa,屈服强度大约均为490 MPa.单轴棘轮试验结果表明,Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金在较小应力幅值下,由于无法启动孪生-退孪生机制,Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金都处于安定状态.当轴向应力幅大于325 MPa时,孪生-退孪生机制启动,Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的轴向棘轮应变都在正方向上快速增加.由于泊松效应,环向棘轮应变则在负方向上累积.多轴棘轮试验结果表明,在恒定内压和不同轴向应力幅值的循环作用下,Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的环向棘轮应变随轴向应力幅值的增大而增大.当轴向应力幅值大于325 MPa时,轴向棘轮应变呈现先负向累积、后正向累积的特殊现象;同时环向棘轮应变也随应力幅值增大而增大.在相同轴向应力幅值和不同内压加载下,内压对轴向棘...
【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020,53(02)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
应力幅值350MPa下Zr-Sn-Nb合金的应力-应变
?脱?啡砘?匦裕?油?中可以明显看出前几个滞环的不封闭性，即当应力达到极值后应变（a）轴向棘轮应变（b）环向棘轮应变图5Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金在不同应力幅值多轴棘轮应变Fig.5MultiaxialratchetingstrainofZr-Sn-NbandZr-Nballoysunderdifferentstressamplitudes图6应力幅值350MPa下Zr-Sn-Nb合金的应力-应变滞环曲线Fig.6Stress-strainhysteresisloopcurveofZr-Sn-Nballoyunder350MPaaxialstressamplitude图7应力幅值350MPa时Zr-Sn-Nb合金的应变能密度随循环数的变化Fig.7AxialstrainenergydensityversuscyclicnumberofZr-Sn-Nballoyunder350MPaaxialstressampli-tude却没有达到极值而是继续增大．滞回环面积也代表着每次循环过程中能量的损失．在循环前期，滞环宽度和面积的变化是由于滞环的不封闭程度主导的.随着循环继续进行，滞环不封闭程度逐渐减小，材料本身的循环软化特性开始占主导，表现为应变能密度不断增加(如图7所示)．当循环进行到一定程度，材料软化接近饱和，应变能密度增加也变缓最后趋于稳定．2.3.2内压对多轴棘轮行为的影响图8给出了Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金在轴向应力幅值为325MPa，不同内压下的多轴棘轮应变曲线．由图8(a)可以看出，Zr-Sn-Nb合金在较小内压(3.37MPa)的作用下，轴向棘轮应变以较快速率正向累积．当内压为6.74MPa时，轴向棘轮应变累积缓慢．当内压增加到10.10MPa时，轴向棘轮应变先沿负向快速累积，到第30个循环时转向正向累积，且累积速率较大，最后轴向棘轮应变超过了内压为6.74MPa下的棘轮应变峰值．这是因为内?
轮试验在轴向应力循环下分3步加载，应力幅值分别为300MPa、325MPa和350MPa，如表2中试件2所示．图4给出了两种合金轴向和环向棘轮应变随循环周数的演化曲线．由图4(a)可以看出，当轴向应力幅值为300MPa时，两种锆合金轴向棘轮应变都处于安定状态．当应力幅值增加到325MPa时，轴向棘轮应变累积明显加快．当应力幅值增大到350MPa时，轴向棘轮应变迅速累积达到应变片量程．这是由于室温单轴作用下，锆合金管材存在的独立滑移系较少，为使材料发生塑性变形而不致破坏，（a）轴向棘轮应变（b）环向棘轮应变图4不同应力幅值下Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的单轴棘轮应变Fig.4UniaxialratchetingstrainofZr-Sn-NbandZu-Nballoysunderdifferentstressamplitude需要通过孪生-退孪生等机制来协调变形．孪生启动需要一定的临界应力，因此在较大应力幅值下材料内孪生-退孪生机制才启动，导致了棘轮应变的快速累积．在镁合金[22]的研究中也有类似现象．还可以看到在棘轮应变较大时，Zr-Sn-Nb合金的轴向棘轮应变比Zr-Nb合金增加得更快．由图4(b)可知，环向棘轮应变在不同的加载幅值下始终沿负向累积，这主要是泊松效应作用的结果．随着轴向应力幅值增大，环向棘轮应变负向累积越大，且累积速率越快．而且Zr-Sn-Nb合金在不同的加载条件下对应的环向棘轮应变明显比Zr-Nb合金小很多，说明前者在单轴加载条件下承受环向变形的能力更强．2.3多轴棘轮试验2.3.1轴向应力幅值对多轴棘轮行为的影响图5给出了在内压pi为6.74MPa、不同轴向应力幅值xa和相同轴向平均应力(-xm)的条件下，Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的多轴棘轮应变随着循环数的演化规律．其中
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑全平面损伤参量的多轴低周疲劳预测方法研究[J]. 韩庆华,王培鹏,芦燕. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2018(S1)
本文编号：3051111
【文章来源】：天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2020,53(02)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
应力幅值350MPa下Zr-Sn-Nb合金的应力-应变
?脱?啡砘?匦裕?油?中可以明显看出前几个滞环的不封闭性，即当应力达到极值后应变（a）轴向棘轮应变（b）环向棘轮应变图5Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金在不同应力幅值多轴棘轮应变Fig.5MultiaxialratchetingstrainofZr-Sn-NbandZr-Nballoysunderdifferentstressamplitudes图6应力幅值350MPa下Zr-Sn-Nb合金的应力-应变滞环曲线Fig.6Stress-strainhysteresisloopcurveofZr-Sn-Nballoyunder350MPaaxialstressamplitude图7应力幅值350MPa时Zr-Sn-Nb合金的应变能密度随循环数的变化Fig.7AxialstrainenergydensityversuscyclicnumberofZr-Sn-Nballoyunder350MPaaxialstressampli-tude却没有达到极值而是继续增大．滞回环面积也代表着每次循环过程中能量的损失．在循环前期，滞环宽度和面积的变化是由于滞环的不封闭程度主导的.随着循环继续进行，滞环不封闭程度逐渐减小，材料本身的循环软化特性开始占主导，表现为应变能密度不断增加(如图7所示)．当循环进行到一定程度，材料软化接近饱和，应变能密度增加也变缓最后趋于稳定．2.3.2内压对多轴棘轮行为的影响图8给出了Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金在轴向应力幅值为325MPa，不同内压下的多轴棘轮应变曲线．由图8(a)可以看出，Zr-Sn-Nb合金在较小内压(3.37MPa)的作用下，轴向棘轮应变以较快速率正向累积．当内压为6.74MPa时，轴向棘轮应变累积缓慢．当内压增加到10.10MPa时，轴向棘轮应变先沿负向快速累积，到第30个循环时转向正向累积，且累积速率较大，最后轴向棘轮应变超过了内压为6.74MPa下的棘轮应变峰值．这是因为内?
轮试验在轴向应力循环下分3步加载，应力幅值分别为300MPa、325MPa和350MPa，如表2中试件2所示．图4给出了两种合金轴向和环向棘轮应变随循环周数的演化曲线．由图4(a)可以看出，当轴向应力幅值为300MPa时，两种锆合金轴向棘轮应变都处于安定状态．当应力幅值增加到325MPa时，轴向棘轮应变累积明显加快．当应力幅值增大到350MPa时，轴向棘轮应变迅速累积达到应变片量程．这是由于室温单轴作用下，锆合金管材存在的独立滑移系较少，为使材料发生塑性变形而不致破坏，（a）轴向棘轮应变（b）环向棘轮应变图4不同应力幅值下Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的单轴棘轮应变Fig.4UniaxialratchetingstrainofZr-Sn-NbandZu-Nballoysunderdifferentstressamplitude需要通过孪生-退孪生等机制来协调变形．孪生启动需要一定的临界应力，因此在较大应力幅值下材料内孪生-退孪生机制才启动，导致了棘轮应变的快速累积．在镁合金[22]的研究中也有类似现象．还可以看到在棘轮应变较大时，Zr-Sn-Nb合金的轴向棘轮应变比Zr-Nb合金增加得更快．由图4(b)可知，环向棘轮应变在不同的加载幅值下始终沿负向累积，这主要是泊松效应作用的结果．随着轴向应力幅值增大，环向棘轮应变负向累积越大，且累积速率越快．而且Zr-Sn-Nb合金在不同的加载条件下对应的环向棘轮应变明显比Zr-Nb合金小很多，说明前者在单轴加载条件下承受环向变形的能力更强．2.3多轴棘轮试验2.3.1轴向应力幅值对多轴棘轮行为的影响图5给出了在内压pi为6.74MPa、不同轴向应力幅值xa和相同轴向平均应力(-xm)的条件下，Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的多轴棘轮应变随着循环数的演化规律．其中
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑全平面损伤参量的多轴低周疲劳预测方法研究[J]. 韩庆华,王培鹏,芦燕. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2018(S1)
本文编号：3051111
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