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，其耐腐蝕性主要是由鋼表面的富絡(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髙溫髙壓及輻照等環(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)在基于標準斷裂力學(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)來評估核電結(jié)構(gòu)中的EAC擴展狀況顯然是不夠的。 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...

【文章頁數(shù)】：114 頁

【學(xué)位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
1 緒論
    1.1 選題的背景及研究的意義
        1.1.1 核能的利用
        1.1.2 核電的安全
        1.1.3 問題的提出
        1.1.4 研究的意義
    1.2 本領(lǐng)域國內(nèi)外的研究動態(tài)及發(fā)展趨勢
        1.2.1 核電關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力腐蝕研究現(xiàn)狀
        1.2.2 核電關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)材料應(yīng)力腐蝕裂紋擴展速率研究現(xiàn)狀
    1.3 本文的主要研究內(nèi)容
    1.4 技術(shù)路線
    1.5 課題研究的關(guān)鍵技術(shù)問題
2 課題主要基礎(chǔ)理論研究
    2.1 引言
    2.2 應(yīng)力腐燭破裂
        2.2.1 應(yīng)力腐蝕破裂的定義與特征
        2.2.2 應(yīng)力腐蝕破裂的機理
        2.2.3 應(yīng)力腐蝕破裂的實驗檢測方法
    2.3 裂紋擴展速率主要預(yù)測模型研究
    2.4 斷裂力學(xué)中的應(yīng)力應(yīng)變場參量
    2.5 數(shù)值模擬分析工具的選擇
        2.5.1 ABAQUS 軟件28
        2.5.2 ABAQUS的主要模塊
        2.5.3 網(wǎng)格劃分及單元選擇
        2.5.4 子模型技術(shù)
    2.6 本章小結(jié)
3 復(fù)雜力學(xué)條件下應(yīng)力腐蝕裂紋擴展中力學(xué)參量的選取
    3.1 引言
    3.2 直流電位降裂紋測深儀的數(shù)值標定
        3.2.1 有限元模型
        3.2.2 計算結(jié)果及分析
        3.2.3 模擬計算及分析
    3.3 復(fù)雜載荷下含有兩個軸向內(nèi)表面裂紋的管試樣模型的建立
        3.3.1 試樣的選擇
        3.3.2 幾何模型和載荷條件
        3.3.3 材料模型
    3.4 實驗過程及實驗結(jié)果
        3.4.1 試樣的選取
        3.4.2 實驗條件和實驗過程
        3.4.3 實驗結(jié)果
    3.5 力學(xué)參量的模擬計算與比較
        3.5.1 有限元模型
        3.5.2 所需研究力學(xué)參量選取
        3.5.3 裂紋前沿附近應(yīng)力和塑性應(yīng)變等值線
    3.6 沿裂紋前沿旳各力學(xué)參量等效值與實驗結(jié)果的對比
    3.7 本章小結(jié)
4 應(yīng)力腐蝕裂紋擴展定量估算方法研究及估算
    4.1 引言
    4.2 應(yīng)力腐蝕裂紋擴展定量估算方法研究
        4.2.1 基于Ford、FRI模型的估算方法
        4.2.2 基于裂尖拉伸塑性應(yīng)變梯度的估算方法
    4.3 簡單拉伸載荷沿半橢圓形裂紋前沿環(huán)境致裂裂紋擴展的估算
        4.3.1 模型的建立
        4.3.2 運用本文提出方法估算
        4.3.3 運用斷裂研究所模型估算
    4.4 復(fù)雜載荷下內(nèi)有兩個軸向裂紋的管道環(huán)境致裂裂紋擴展的估算
        4.4.1 運用本文所提方法進行估算
        4.4.2 數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的比較分析
    4.5 本章小結(jié)
5 一次超載作用對二維試樣SCC裂紋擴展速率的影響
    5.1 引言
    5.2 試樣的選擇
    5.3 材料模型及載荷條件
    5.4 模擬實驗過程
    5.5 實驗結(jié)果及討論
        5.5.1 裂尖前端的塑性應(yīng)變和塑性應(yīng)變率
        5.5.2 在高溫水環(huán)境中SUS316NG不銹鋼SCC裂紋擴展速率的估算
    5.6 超載對SCC裂紋擴展速率影響的實驗觀測
    5.7 本章小結(jié)
6 一次超載對含內(nèi)表面裂紋管EAC裂紋擴展速率的影響
    6.1 引言
    6.2 數(shù)值模擬實驗條件的建立
        6.2.1 試樣幾何模型和載荷條件和材料模型的選擇
        6.2.2 有限元模型
        6.2.3 模擬實驗過程
    6.3 數(shù)值模擬實驗結(jié)果及討論
        6.3.1 靜態(tài)裂紋裂尖前沿的Mises應(yīng)力
        6.3.2 靜態(tài)裂紋裂尖前沿的法向應(yīng)力
        6.3.3 靜態(tài)裂紋裂尖前沿的等效塑性應(yīng)變
        6.3.4 靜態(tài)裂紋裂尖前沿的法向塑性應(yīng)變
        6.3.5 裂紋裂尖法向塑性應(yīng)變梯度
        6.3.6 裂紋裂尖法向塑性應(yīng)變率
    6.4 一次超載對EAC擴展速率的影響及討論
    6.5 本章小結(jié)
7 結(jié)論
    7.1 結(jié)論
    7.2 展望
致謝
參考文獻
附錄



本文編號：3941512