金屬環(huán)密封特性及N18核燃料包殼管低周疲勞研究.pdf

1、本文基于A(yíng)NSYS和MSC.MARC軟件彈塑性接觸分析功能，對(duì)Incone1718合金“O”形環(huán)和“C”形環(huán)進(jìn)行了密封特性的有限元分析，揭示出凹槽約束會(huì)引起“O”形環(huán)回彈性能顯著降低和材料高應(yīng)力區(qū)的擴(kuò)大，指出了壓縮比的合適范圍為8％～12％，分析了彈簧剛度對(duì)“C”形環(huán)、溫度對(duì)“O”形環(huán)在分布接觸載荷、回彈量及應(yīng)力響應(yīng)等密封性能的影響效應(yīng)。 對(duì)304不銹鋼、2A12鋁合金、42CrMo、60Si2MnA和Incone1718材料、

2、不同截面幾何尺寸的“O”形環(huán)進(jìn)行了多級(jí)壓扁一回彈試驗(yàn)，分析比較了管試樣內(nèi)外徑、壓縮比、材料單軸力學(xué)性能對(duì)“O”形環(huán)密封性能的影響。 應(yīng)用ANSYS軟件對(duì)“O”形環(huán)回彈量進(jìn)行海量計(jì)算，獲得豐富的回彈量數(shù)據(jù)庫(kù)?；诹烤V分析原理提出了構(gòu)建“O”形環(huán)回彈量預(yù)測(cè)模型的一套無(wú)量綱分析方法：分析結(jié)果表明，當(dāng)壓縮比λ在4％至20％之間時(shí)，壓縮比λ與回彈比r之間以及幾何構(gòu)形參量γ與回彈比r之間符合線(xiàn)性律，進(jìn)而提出了用于預(yù)測(cè)金屬工程材料回彈量的TS

3、M模型、TSM-α-Ⅰ模型和‘TSM-α-Ⅱ模型，三類(lèi)模型均有較高的預(yù)測(cè)精度，其中TSM-α-Ⅰ為重點(diǎn)推薦模型。這些模型的參數(shù)可根據(jù)材料本構(gòu)關(guān)系應(yīng)用有限元方法確定，也可以根據(jù)“O”形環(huán)壓扁試驗(yàn)確定?；谟邢拊Ａ坑?jì)算結(jié)果，提出了用于預(yù)測(cè)廣泛金屬材料和各種構(gòu)型“O”形環(huán)回彈量的STSM、STSM-α和CTSM模型，STSM和CTSM模型均有較好的預(yù)測(cè)精度；采用VB軟件編寫(xiě)了集成STSM模型的回彈量預(yù)測(cè)工程應(yīng)用軟件，可滿(mǎn)足任意材料的一般預(yù)測(cè)

4、需要。 根據(jù)所發(fā)展的高溫試驗(yàn)技術(shù)，完成了N18合金包殼小管循環(huán)與疲勞行為的高溫試驗(yàn)研究，相關(guān)研究在國(guó)內(nèi)末見(jiàn)報(bào)道，在國(guó)外也未查到。開(kāi)展了N18合金小管在20℃、200℃、300℃和400℃下單調(diào)拉伸與循環(huán)本構(gòu)關(guān)系試驗(yàn)，獲得了各溫度下N18合金小管的單軸本構(gòu)模型和循環(huán)本構(gòu)模型，提出了應(yīng)力比λ<,σ>與應(yīng)變幅△ε/2關(guān)系符合冪律、其系數(shù)和指數(shù)隨溫度的變化呈線(xiàn)性律的λ<,σ>～△ε/2關(guān)系模型；揭示出N18合金在20℃下表現(xiàn)為循環(huán)軟化、

5、在400℃下表現(xiàn)為隨軸向應(yīng)變幅增大材料的循環(huán)行為由硬化過(guò)渡到軟化特性，在20℃、200℃、300℃、400℃下N18合金小管試樣循環(huán)特性不符合Mason律。 基于N18小管的循環(huán)本構(gòu)關(guān)系以及等幅疲勞加載下的半壽命循環(huán)本構(gòu)關(guān)系，給出了用于預(yù)測(cè)N18合金在400℃高溫下疲勞壽命的GB-半壽命和GB-MSC壽命估算模型、M-C模型，三類(lèi)壽命估算模型用于N18合金疲勞壽命預(yù)測(cè)均有較高精度；N18合金的疲勞壽命溫度影響因子與塑性應(yīng)變幅之間