应变强化对304不绣钢SCC扩展驱动力的影响研究

发布时间：2020-11-20 10:00

　　 以奥氏体不锈钢为代表的核电结构材料服役期间承受着复杂变幅载荷作用,将不可避免的造成裂尖局部材料的应变强化现象,使得应力腐蚀开裂(SCC)裂纹的扩展行为变得更加复杂,从而给核电结构的长期运行带来极大的安全隐患。鉴于裂纹尖端局部微观区域应变强化材料力学性能的难以获取,而且对SCC裂纹扩展驱动力及速率有重大影响。本文通过采取理论、试验(物理试验和数值模拟)和宏微观相结合的手段,建立了局部微观材料力学性能的获取方法,并研究了应变强化前后裂尖局部微观材料力学性能的变化对于SCC裂尖微观驱动力及裂纹扩展速率的影响,完成的主要研究工作如下:(1)基于直流电位降(DCPD)测量系统、静态应变仪和有限元相结合的应变标定方法,分析了拉伸过程中应变变化的规律,准确获取了拉伸试样段的应变,并对奥氏体304不锈钢的工程应力应变曲线进行了修正。(2)采用了压痕理论及其试验方法对奥氏体304不锈钢的力学性能进行了测量获取,并建立了相应的压痕数值模拟试验进行了验证,同时与拉伸试验结果对比评价了压痕法表征材料力学性能的可靠性。(3)借助不同缺口宽度的预强化态试样,通过压痕试验对不同缺口宽度处的局部材料性能进行测定获取,分析并建立了缺口与材料力学性能参数之间的变化规律,最终以理论推导的方式获得了裂尖局部微观区域材料的力学性能。(4)利用ABAQUS有限元软件,采用理论研究和有限元分析结合的方法,建立了含沟型SCC裂纹尖端的宏观模型及子模型,分析研究了典型核电材料在裂尖局部发生应变强化前后的SCC裂纹扩展驱动力及速率。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TG142.71;TM623
【部分图文】：

开裂(SCC)为代表的环境致裂(EAC)[5]，并且其SCC裂纹会随时间不断扩展，一旦发生开裂问题将导致堆内大量冷却剂以及放射性物质外逸泄漏，如果不能及时有效处理，最终会将核电关键结构带到极其危险的边缘[6]，成为影响核电设备长期安全运行的关键问题之一[7-9]，对核安全造成极大的威胁。如图1.1为以SCC为代表的压水堆一回路环境致裂结构失效区域的示意图。核电安全端焊接接头SCC现象SCC现象反应堆冷却泵增压器蒸汽发生器主回路喷嘴SCC焊接SCC包层裂纹压力容器接管安全端控制棒控制棒驱动机构壳图1.1压水堆一回路SCC裂纹发生区

线、超声波、涡流检测等，还有以单轴拉伸试验、小冲杆试验为代表的常规取样检测方法，除此之外压痕法作为一种新的测试方法，具有易操作、非破坏可适用于局部薄弱区域且能够定量表征材料的力学性能等诸多优势而被广泛关注[26,27]。尹涛等人[28]利用小尺寸缺口试样的载荷-位移曲线，采用有限元辅助测试方法，获得了延性材料的单轴本构关系。陈辉等人[29]基于小圆环试样对四种金属材料借助有限元数值分析和试验相结合的方法确定了金属材料的材料本构关系，并且在核电站、石油管道等关键结构件的力学性能获取方面具有广阔前景，如图1.3所示。图1.3压痕测试方法在重要机械结构上的应用包陈等[30]人对压力容器用钢SA-508CT、SEB和CIET试样进行试验，获得了考虑裂尖约束效应后的材料的延性断裂性能参数。苏成功等人[31]以不同状态的压缩机叶片常用的两种钢材为对象，采用球压痕试验和常规拉伸试验相结合的方法，获取了其材料性能参数并总结了屈服强度的拟合公式。唐杰等人[32]选取了3种压力容器用钢的钢板为研究对象，分别进行了球压痕试验和常规拉伸试验并对比分析，结果表明：球压痕试验在测试压力容器用钢力学性能方面的适用性和准确性。刘燕等人[33]以不同状态的20钢国产新管和断裂管为研究对象，采用连续球压痕对不同状态钢管的屈服强度和抗拉强度进行了测试，结果表明：连续球压痕法能够准确反映应变时效前后20钢管的力学性能变化，可对不同状态的20钢管的力学性能进行无损测试。金桩等人[34]采用了连续循环加载方法代替多点单次加载方法得到了金属材料的载荷位移曲线，通过有限元和量纲分析得到了不同金属的应力应变曲线，并对其进行了验证，结果表明：该方法与试验数据具有较高的吻合度。伍声宝等人[35]采用球压痕试验对16MnR钢的拉伸性能进行了测试?

1绪论7局部发生应变强化前后的SCC裂尖微观力学场和局部力学特征。(5)基于前人的研究理论和结果，选取了以裂尖应变(或应变率)为影响SCC裂纹扩展速率的关键力学参量，分析研究典型核电关键结构SCC裂纹在裂尖局部材料应变强化下的裂纹扩展速率的变化。1.3.2研究方法核电裂尖局部应变强化材料的应力腐蚀钝化膜开裂、裂纹扩展等机理至今尚未有公认统一的说法，并且通过试验获取裂尖局部应变强化材料力学性能的难度极大。因此本文在研究材料局部力学性能获取方面，以压痕法所采用理论和试验为基础，首先获取了缺口(裂缝)局部区域的的材料性能，并且结合常规物理试验和数值模拟的方法，对压痕法测定材料特性的准确性和可靠性进行了验证；之后将裂纹和裂缝作类比，以理论推导获取裂尖局部应变强化后的材料力学性能；基于此最后从力学角度出发，主要采用对现有SCC机理分析和有限元及试验数据分析的手段来完成裂尖应变强化材料对SCC裂尖微观驱动力和扩展速率的影响分析。1.3.3技术路线综合上述，本文技术路线图如图1.4所示：图1.4技术路线
【参考文献】

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本文编号：2891253