微觀尺下核電結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力腐蝕裂紋斷裂參量分析.pdf

1、由于奧氏體不銹鋼和鎳基合金具有良好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于核電設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料,但是這些材料在輕水反應(yīng)堆的高溫水環(huán)境中發(fā)生的應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂(SCC)卻成為影響核電站長(zhǎng)期安全運(yùn)行和壽命的關(guān)鍵問(wèn)題之一。現(xiàn)已知道,應(yīng)力腐蝕裂紋尖端微觀區(qū)域的力學(xué)狀態(tài)是影響裂紋擴(kuò)展速率的三大因素之一,利用多尺度方法研究 SCC裂尖斷裂過(guò)程區(qū)環(huán)境、材料和力學(xué)氛圍是深入了解應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂機(jī)理和擴(kuò)展速率的重要手段之一。本論文借助數(shù)值模擬分析辦法,利用宏觀和微觀尺

2、度相結(jié)合的手段對(duì)鎳基合金應(yīng)力腐蝕裂紋尖端區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變和斷裂參量進(jìn)行了分析和研究。完成的主要研究T作如下:
　　(1)借助數(shù)值模擬方法,以標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸試樣為研究對(duì)象,利用有限元軟件ABAQUS建立宏觀全局模型及裂紋斷裂過(guò)程區(qū)的微觀子模型,重點(diǎn)研究了由氧化膜及基體金屬構(gòu)成的氧化膜模型應(yīng)力腐蝕裂紋尖端區(qū)域的相關(guān)斷裂參量。研究在外載K恒定的情況下,分別以基體金屬材料和氧化膜材料力學(xué)參量為影響因素,裂尖區(qū)域斷裂參量變化情況;以氧化膜厚度為

3、影響因素,研究在外載K恒定的情況下,裂尖區(qū)域斷裂參量變化情況。
　　(2)在氧化膜模型的研究基礎(chǔ)上,結(jié)合電化學(xué)理論,提出了溝形裂紋的概念。在宏觀模型分析的基礎(chǔ)上,利用有限元軟件ABAQUS子模型技術(shù),重點(diǎn)研究含溝形裂紋模型中由氧化膜及基體金屬構(gòu)成的應(yīng)力腐蝕裂紋尖端區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)和裂尖應(yīng)變率。由于溝形裂紋在形成過(guò)程中是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程,研究在外載K值恒定的情況下,溝形裂紋長(zhǎng)度變化對(duì)裂尖區(qū)域斷裂參量的影響;核電材料在應(yīng)力腐蝕狀態(tài)下容易

4、發(fā)生分叉裂紋,研究在外載K值恒定的情況下,溝形裂紋分叉對(duì)裂尖區(qū)域斷裂參量的影響;在應(yīng)力腐蝕裂紋金相分析的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)核電材料易發(fā)生沿晶擴(kuò)展,擴(kuò)展方向?qū)⒉粩嘧兓?研究在K值恒定情況下,裂紋擴(kuò)展方向?qū)α鸭鈪^(qū)域斷裂參量的影響。
　　(3)鑒于SCC裂紋在實(shí)際擴(kuò)展中是動(dòng)態(tài)連續(xù)的復(fù)雜過(guò)程,建立了對(duì)含氧化膜應(yīng)力腐蝕裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展模型,并在此基上對(duì)裂紋動(dòng)態(tài)過(guò)程中的裂尖斷裂參量進(jìn)行了專門(mén)的研究。
　　(4)分別研究了K值恒定和變化情況下靜態(tài)裂