Zr-4合金高溫單軸棘輪效應和棘輪疲勞性能研究.pdf

1、Zr-4合金管作為核電站燃料包殼材料，在服役過程中常常受到交變載荷作用。在非對稱交變載荷下材料會產(chǎn)生棘輪效應，從而發(fā)生棘輪疲勞失效。在高溫下對Zr-4合金管進行棘輪效應和棘輪疲勞性能進行研究，對核電站設計及安全運行具有重要意義。
　　本文在400℃下對核反應堆燃料包殼材料 Zr-4合金管進行了一系列單軸拉伸試驗、應變幅值遞增試驗、單軸棘輪試驗、應力控制下對稱和非對稱疲勞試驗，并使用Ohno-Wang II模型結合各向同性強化準則對

2、Zr-4合金棘輪效應進行數(shù)值模擬，基于Basquin模型使用Goodman模型、Gerber模型、SWT模型、Walker模型對Zr-4合金管的棘輪疲勞壽命進行預測。 Zr-4合金在室溫下表現(xiàn)為循環(huán)軟化，在400℃時表現(xiàn)為循環(huán)穩(wěn)定并有輕微的循環(huán)硬化性質(zhì)。Zr-4合金具有率相關性，單軸棘輪應變水平隨平均應力和應力幅值的增大而提高，隨加載率的增大而降低。Zr-4合金具有顯著的歷史記憶效應，加載歷史會抑制棘輪應變的產(chǎn)生；應力率加載順序對棘輪行

3、為有影響，但當平均應力和應力幅值相同時，不同的應力率加載順序不會顯著影響最終的棘輪應變。棘輪行為對溫度很敏感，在相同的歸一化應力（-σ=σ/σ0.2）水平下，400℃下的棘輪應變小于室溫下的棘輪應變。本文在粘塑性本構框架下以 OW-II隨動硬化律為基礎，結合各向同性硬化準則對Zr-4合金單軸拉伸、應變循環(huán)、單軸棘輪行為進行數(shù)值模擬。棘輪疲勞試驗結果表明：全壽命范圍的棘輪行為可分為三個階段，快速增長、穩(wěn)定階段、斷裂階段。斷裂時的棘輪應變隨