三維復(fù)雜力學(xué)條件下核電關(guān)鍵致裂預(yù)測方法研究.pdf

1、為了提高核電設(shè)備的耐腐蝕性,在輕水核反應(yīng)堆中除核燃料包殼等少量材料外,結(jié)構(gòu)材料大量選用奧氏體不銹鋼和鎳基合金,其耐腐蝕性主要是南鋼表面的富絡(luò)氧化膜(鈍化膜)的形成。然而，奧氏體不銹鋼和鎳基合金長期處于核壓力容器高溫高壓及輻照等環(huán)境中,在一定的殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力作用下將會產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕裂紋(SCC),這種應(yīng)力腐蝕裂紋隨時間不斷擴展,最終會將核電站中關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和設(shè)備帶到一個極其危險邊緣。因此,奧氏體不銹鋼和鎳基合金材料在高溫水環(huán)境中以SCC為代

2、表的環(huán)境致裂(EAC)是影響核電設(shè)備長期安全運行的關(guān)鍵問題之一。
　　鑒于這個問題的重要性,長期以來,主要工業(yè)發(fā)達國家相關(guān)研究機構(gòu)在基于標(biāo)準(zhǔn)斷裂力學(xué)試樣和模擬高溫水實驗環(huán)境下,完成了大量核電關(guān)鍵材料的EAC裂紋擴展實驗,儲備了豐富的實驗數(shù)據(jù)。目前,許多在役核電結(jié)構(gòu)被檢出EAC問題,急需評估和預(yù)測。由于實際核電結(jié)構(gòu)裂紋區(qū)域幾何和力學(xué)狀態(tài)的復(fù)雜性,僅利用相關(guān)材料的EAC實驗數(shù)據(jù)來評什核電結(jié)構(gòu)中的EAC擴展?fàn)顩r顯然是不夠的。
　　

3、為了,解決材料EAC擴展速率實驗數(shù)據(jù)和實際核電構(gòu)件EAC擴展評價的銜接問題,本論文完成的主要工作有:在對核反應(yīng)堆高溫水環(huán)境中奧氏體不銹鋼和鎳基含金環(huán)境致裂的機理研究的基礎(chǔ)上,對于各國科學(xué)家相繼提出的不同應(yīng)力腐蝕破裂裂紋擴展速率預(yù)測模型進行了分析比較,重點研究了氧化滑移模型的機理、適用條件和存在的問題;在對奧氏體不銹鋼和鎳基合金材料在高溫水環(huán)境中EAC機理探討的基礎(chǔ)上,確定了影響核電結(jié)構(gòu)EAC擴展主要因素,為建立實際輕水堆構(gòu)件EAC擴展?fàn)?/p>

4、況的預(yù)測模型奠定了基礎(chǔ);在對含有內(nèi)表面裂紋管試樣的EAC實驗結(jié)果分析、數(shù)值模擬和理論分析的基礎(chǔ)上,建立了一種基丁^裂尖塑性應(yīng)變率和彈塑性有限元相結(jié)合的,能用丁預(yù)測具有復(fù)雜裂紋形狀和力學(xué)狀態(tài)的實際輕水堆構(gòu)件EAC擴展?fàn)顩r的預(yù)測模型,并將其與實驗結(jié)果進行了比較驗證;通過理論分析和電場有限元模擬,建立了直流電位降法(DCPD)實時測量裂紋長度(深度)的理論基礎(chǔ),為進‘步研制直流電位降裂紋測深儀和重要參數(shù)標(biāo)定提供了保證;利用有限元子模型技術(shù)對含