發(fā)布時(shí)間：2021-06-20 21:34

　　斷裂韌性是評(píng)價(jià)和保證核電設(shè)備結(jié)構(gòu)完整性能力最為關(guān)鍵的參數(shù)之一。目前該領(lǐng)域研究存在的主要問(wèn)題是斷裂韌性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)選用原則不明確,服役溫度對(duì)核電用國(guó)產(chǎn)SA508-Ⅲ鋼斷裂行為的影響機(jī)理還不清楚且直接考慮溫度影響的斷裂韌性預(yù)測(cè)模型尚未建立。本文從鈍化線(xiàn)建立理論出發(fā),分析了斷裂韌性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的適用性并提出了歸一化的斷裂韌性數(shù)據(jù)處理方法。系統(tǒng)地研究了國(guó)產(chǎn)SA508-Ⅲ鋼在典型溫度下的斷裂行為及細(xì)觀損傷機(jī)理。針對(duì)高溫?cái)嗔秧g性測(cè)試難度大等困難,建立了考慮溫度影響的斷裂韌性預(yù)測(cè)模型。本文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:基于鈍化線(xiàn)建立理論分析了ASTM E1820和ISO 12135兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的適用性,研究發(fā)現(xiàn)兩種標(biāo)準(zhǔn)分別采用了理想彈塑性和冪強(qiáng)化彈塑性本構(gòu)假設(shè)進(jìn)而獲得了不同的鈍化線(xiàn)方程。闡明了斷裂韌性測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的選用原則,提出基于材料的本構(gòu)假設(shè)模型,即材料在不同溫度下的單軸拉伸曲線(xiàn)是否有明顯的屈服平臺(tái)（Constitutive Curve Method,CCM）來(lái)確定材料在不同溫度下斷裂韌性的測(cè)定。在ASTM E1820標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi),采用了不同幾何參數(shù)的緊湊拉伸試樣（Compact Tension,CT）,通過(guò)測(cè)試... 

【文章來(lái)源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁(yè)數(shù)】：118 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

核電發(fā)展歷程及壓水堆(PressurizedVesselReactor,PWR)發(fā)電原理示意圖

美國(guó)于 1958 年率先組成斷裂試驗(yàn)專(zhuān)門(mén)委員會(huì)，是為了建立有關(guān)測(cè)定材料斷裂韌性的試驗(yàn)方法，首次制定了用含預(yù)制疲勞裂紋的三點(diǎn)彎曲試樣（SEB）測(cè)定高強(qiáng)度金屬材料平面應(yīng)變斷裂韌性操作規(guī)程草案，并于 1970 年頒發(fā)了世界第一個(gè)斷裂韌性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) ASTME399-70T，最新版本為 ASTME399-12[15]。此后，斷裂韌性測(cè)試受到世界各國(guó)的普遍重視并蓬勃發(fā)展�；诰�(xiàn)彈性斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)的應(yīng)力強(qiáng)度因子（K）概念具有相當(dāng)廣泛的普適性[10,13]，因此，對(duì)于任何含裂紋的試樣似乎都可以用來(lái)做試驗(yàn)，以測(cè)定材料的斷裂韌性 KIC。但實(shí)際上常常會(huì)遇到一些技術(shù)難題：如薄板試樣難以滿(mǎn)足裂紋前緣的三軸拘束狀態(tài)；三維裂紋試樣由于應(yīng)力強(qiáng)度因子標(biāo)定比較復(fù)雜，難以作為標(biāo)準(zhǔn)試樣；裂紋方位不對(duì)稱(chēng)的試樣，在預(yù)制疲勞裂紋時(shí)會(huì)出現(xiàn)分支裂紋而使問(wèn)題變化；幾何形狀復(fù)雜的試樣在加工制作上費(fèi)時(shí)費(fèi)力[30]。于是，ASTM 規(guī)范根據(jù)設(shè)備或結(jié)構(gòu)件的幾何特征屬性建議了 5 種形式的標(biāo)準(zhǔn)試樣：緊湊拉伸試樣、三點(diǎn)彎曲試樣、中心裂紋試樣、圓盤(pán)狀緊湊拉伸試樣和拱形拉伸試樣[10]。每種試樣均有 3 個(gè)重要尺寸：裂紋長(zhǎng)度 a、試樣寬度 W 和厚度 B。

(a) 裂紋試樣受力分析 (b) 裂紋前緣應(yīng)力狀態(tài) (c) J 和 K 點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài) (d) I 點(diǎn)應(yīng)力狀態(tài)圖 1-3 裂紋尖端不同區(qū)域受力分析示意圖[31]為了確保 KIC有效，ASTM E399-12 標(biāo)準(zhǔn)[15]對(duì)試樣尺寸及載荷張開(kāi)位移曲線(xiàn)提出了嚴(yán)格的要求。首先，在裂紋尖端附近應(yīng)滿(mǎn)足平面應(yīng)變的約束條件，試樣厚度至少應(yīng)比塑性區(qū)尺寸大一個(gè)數(shù)量級(jí)，否則會(huì)出現(xiàn)平面應(yīng)力特性。在試樣表面總會(huì)出現(xiàn)唇狀剪切區(qū)域?yàn)榱耸蛊矫鎽?yīng)變狀態(tài)占優(yōu)勢(shì)，厚度必須很大。對(duì)于低屈服強(qiáng)度、高韌度材料會(huì)使標(biāo)準(zhǔn)試樣厚度達(dá)到 0.5~1.0 m 的數(shù)量級(jí)而且還需要大噸位的試驗(yàn)設(shè)備[30]。對(duì)于這類(lèi)材料 KIC試驗(yàn)是難以進(jìn)行的，必須用其它斷裂參量來(lái)表征。對(duì)于常用的金屬材料，裂紋尖端附近必然存在塑性區(qū)（圖 1-3（b））。如果塑性區(qū)尺寸與裂紋尺度相當(dāng)，裂紋尖端塑性區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)將不會(huì)再受 K 場(chǎng)控制，此時(shí)就必須考慮裂紋體的彈塑性行為[10]。因此，1968 年 Rice[32]提出了一個(gè)新的斷裂韌性參數(shù) J 積分如式（1-1）。d duJ W y T s (1-1

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]ASTM和ISO標(biāo)準(zhǔn)斷裂韌度測(cè)試方法比較研究[J]. 關(guān)鵬濤,李相清,鄭三龍,包士毅,高增梁.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2017(06)
[2]金屬材料準(zhǔn)靜態(tài)斷裂性能標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 包陳,蔡力勛,石凱凱,但晨,姚瑤.  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2016(08)

博士論文
[1]面內(nèi)/面外拘束與脆性斷裂韌性的關(guān)聯(lián)及納入拘束的結(jié)構(gòu)斷裂評(píng)定[D]. 母明鈺.華東理工大學(xué) 2017
[2]材料力學(xué)測(cè)試技術(shù)中的理論方法與實(shí)驗(yàn)應(yīng)用[D]. 包陳.西南交通大學(xué) 2011



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