發(fā)布時間：2018-11-22 11:42

【摘要】：包殼管是反應(yīng)堆內(nèi)第一道安全屏障,服役過程中將承受裂變氣體內(nèi)壓和芯塊與包殼間機械應(yīng)力的綜合作用考驗,變形主要發(fā)生在包殼管的環(huán)向方向,利用管材傳統(tǒng)軸向拉伸測試方法難以對包殼管真實受力進行準確評估。鑒于此,本文以鉛基反應(yīng)堆包殼候選材料316Ti奧氏體不銹鋼為研究對象,首先采用數(shù)值計算與環(huán)向拉伸試驗相結(jié)合的手段,優(yōu)化了管型件環(huán)向拉伸試樣尺寸與摩擦系數(shù),然后開展了溫度和拉伸速率對316Ti包殼管的環(huán)向力學(xué)性能影響的試驗研究。主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:采用Abaqus有限元軟件數(shù)值計算手段,開展了試樣標距段寬度與夾具間摩擦系數(shù)對試樣應(yīng)力應(yīng)變分布的影響研究。結(jié)果表明:試樣標距段寬度為2 mm時,應(yīng)力分布更加均勻,有利于防止應(yīng)力集中;試樣標距段應(yīng)力隨著摩擦系數(shù)的增加有增大的趨勢�；跀�(shù)值模擬結(jié)果,開展了試樣標距段寬度與潤滑劑對環(huán)向拉伸的影響驗證試驗。研究表明:雖然標距段寬度對強度影響很小,但標距段寬度2mm的試樣表現(xiàn)出更好的塑性;試樣強度隨摩擦力的增大而增大,因此選用摩擦較小的石墨作為環(huán)向拉伸試樣與夾具間的潤滑劑。根據(jù)優(yōu)化的試樣尺寸與潤滑劑選擇方案,開展了溫度及拉伸速率對316Ti包殼管環(huán)向拉伸性能影響的試驗研究。結(jié)果表明:不同拉伸速率下試樣抗拉強度與屈服強度隨著溫度的升高而降低,變形量隨著溫度的升高呈現(xiàn)先降低后增加的趨勢;不同拉伸速率條件下,均發(fā)生了動態(tài)應(yīng)變時效(DSA)現(xiàn)象,且不同拉伸速率條件下均存在一個DSA敏感溫度區(qū)間,隨拉伸速率的增加,DSA敏感溫度區(qū)間具有向高溫移動的趨勢。通過微觀組織分析與溶質(zhì)原子擴散激活能的計算,認為316Ti中C和N等間隙溶質(zhì)原子與移動的位錯反復(fù)發(fā)生的釘扎與脫釘扎作用是DSA現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)。本文研究結(jié)果可為鉛基反應(yīng)堆包殼管環(huán)向性能的研究提供指導(dǎo)意義,并為鉛基反應(yīng)堆設(shè)計及安全分析提供數(shù)據(jù)支持。
[Abstract]:The cladding tube is the first safety barrier in the reactor. It will withstand the combined action of the fission gas internal pressure and the mechanical stress between the pellet and the cladding during the service, and the deformation mainly occurs in the circumferential direction of the cladding tube. It is difficult to accurately evaluate the true force of cladding tube by using traditional axial tensile test method. In view of this, 316Ti austenitic stainless steel, a candidate material for lead-based reactor cladding, is studied in this paper. Firstly, the dimension and friction coefficient of the tubular annular tensile specimen are optimized by the combination of numerical calculation and toroidal tensile test. Then the effects of temperature and tensile rate on the circumferential mechanical properties of 316Ti cladding tube were investigated. The main research contents and conclusions are as follows: the influence of the width of the specimen distance and the friction coefficient between the clamps on the stress and strain distribution of the specimen is studied by using the Abaqus finite element software. The results show that the stress distribution is more uniform when the width of the specimen is 2 mm, which is helpful to prevent the stress concentration, and the stress of the distance section increases with the increase of friction coefficient. Based on the results of numerical simulation, the effect of the width of the distance section and the lubricant on the circumferential tension was tested. The results show that although the width of the spaced segment has little effect on the strength, the specimen with the width of the spaced segment 2mm exhibits better plasticity. The strength of the specimen increases with the increase of the friction force, so graphite with less friction is chosen as the lubricant between the circumferential tensile specimen and the fixture. Based on the optimized sample size and lubricant selection scheme, the effects of temperature and tensile rate on the circumferential tensile properties of 316Ti cladding tubes were investigated. The results show that the tensile strength and yield strength decrease with the increase of temperature, and the deformation decreases first and then increases with the increase of temperature. Dynamic strain aging (DSA) phenomenon occurred at different tensile rates, and there was a DSA sensitive temperature range at different tensile rates. With the increase of tensile rate, the DSA sensitive temperature range moved to high temperature. Based on the microstructure analysis and the calculation of the activation energy of solute diffusion, it is considered that the repeated pinning and de-pinning between C and N interstitial solute atoms and moving dislocations in 316Ti is the essence of the DSA phenomenon. The results of this paper can provide guidance for the study of the circumferential performance of the cladding tubes of lead-based reactors and provide data support for the design and safety analysis of lead-based reactors.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG356.5

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本文編號：2349269