為了模擬鋯合金包殼在發(fā)生反應(yīng)性引入事故（RIA）時(shí)的多軸應(yīng)力狀態(tài),對(duì)Zr-Sn-Nb/Zr-Nb合金進(jìn)行了單軸對(duì)稱循環(huán)試驗(yàn)以及在內(nèi)壓及軸向載荷復(fù)合作用下的多軸試驗(yàn),研究了兩種合金軸向/環(huán)向棘輪應(yīng)變的累積特性與內(nèi)壓及軸向應(yīng)力的相關(guān)性.單軸拉伸試驗(yàn)結(jié)果表明,Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的彈性模量相近均為85 GPa,屈服強(qiáng)度大約均為490 MPa.單軸棘輪試驗(yàn)結(jié)果表明,Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金在較小應(yīng)力幅值下,由于無法啟動(dòng)孿生-退孿生機(jī)制,Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金都處于安定狀態(tài).當(dāng)軸向應(yīng)力幅大于325 MPa時(shí),孿生-退孿生機(jī)制啟動(dòng),Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的軸向棘輪應(yīng)變都在正方向上快速增加.由于泊松效應(yīng),環(huán)向棘輪應(yīng)變則在負(fù)方向上累積.多軸棘輪試驗(yàn)結(jié)果表明,在恒定內(nèi)壓和不同軸向應(yīng)力幅值的循環(huán)作用下,Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的環(huán)向棘輪應(yīng)變隨軸向應(yīng)力幅值的增大而增大.當(dāng)軸向應(yīng)力幅值大于325 MPa時(shí),軸向棘輪應(yīng)變呈現(xiàn)先負(fù)向累積、后正向累積的特殊現(xiàn)象;同時(shí)環(huán)向棘輪應(yīng)變也隨應(yīng)力幅值增大而增大.在相同軸向應(yīng)力幅值和不同內(nèi)壓加載下,內(nèi)壓對(duì)軸向棘... 

【文章來源】：天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2020,53(02)北大核心

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應(yīng)力幅值350MPa下Zr-Sn-Nb合金的應(yīng)力-應(yīng)變

?脫?啡砘?匭裕?油?中可以明顯看出前幾個(gè)滯環(huán)的不封閉性，即當(dāng)應(yīng)力達(dá)到極值后應(yīng)變（a）軸向棘輪應(yīng)變（b）環(huán)向棘輪應(yīng)變圖5Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金在不同應(yīng)力幅值多軸棘輪應(yīng)變Fig.5MultiaxialratchetingstrainofZr-Sn-NbandZr-Nballoysunderdifferentstressamplitudes圖6應(yīng)力幅值350MPa下Zr-Sn-Nb合金的應(yīng)力-應(yīng)變滯環(huán)曲線Fig.6Stress-strainhysteresisloopcurveofZr-Sn-Nballoyunder350MPaaxialstressamplitude圖7應(yīng)力幅值350MPa時(shí)Zr-Sn-Nb合金的應(yīng)變能密度隨循環(huán)數(shù)的變化Fig.7AxialstrainenergydensityversuscyclicnumberofZr-Sn-Nballoyunder350MPaaxialstressampli-tude卻沒有達(dá)到極值而是繼續(xù)增大．滯回環(huán)面積也代表著每次循環(huán)過程中能量的損失．在循環(huán)前期，滯環(huán)寬度和面積的變化是由于滯環(huán)的不封閉程度主導(dǎo)的.隨著循環(huán)繼續(xù)進(jìn)行，滯環(huán)不封閉程度逐漸減小，材料本身的循環(huán)軟化特性開始占主導(dǎo)，表現(xiàn)為應(yīng)變能密度不斷增加(如圖7所示)．當(dāng)循環(huán)進(jìn)行到一定程度，材料軟化接近飽和，應(yīng)變能密度增加也變緩最后趨于穩(wěn)定．2.3.2內(nèi)壓對(duì)多軸棘輪行為的影響圖8給出了Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金在軸向應(yīng)力幅值為325MPa，不同內(nèi)壓下的多軸棘輪應(yīng)變曲線．由圖8(a)可以看出，Zr-Sn-Nb合金在較小內(nèi)壓(3.37MPa)的作用下，軸向棘輪應(yīng)變以較快速率正向累積．當(dāng)內(nèi)壓為6.74MPa時(shí)，軸向棘輪應(yīng)變累積緩慢．當(dāng)內(nèi)壓增加到10.10MPa時(shí)，軸向棘輪應(yīng)變先沿負(fù)向快速累積，到第30個(gè)循環(huán)時(shí)轉(zhuǎn)向正向累積，且累積速率較大，最后軸向棘輪應(yīng)變超過了內(nèi)壓為6.74MPa下的棘輪應(yīng)變峰值．這是因?yàn)閮?nèi)?

輪試驗(yàn)在軸向應(yīng)力循環(huán)下分3步加載，應(yīng)力幅值分別為300MPa、325MPa和350MPa，如表2中試件2所示．圖4給出了兩種合金軸向和環(huán)向棘輪應(yīng)變隨循環(huán)周數(shù)的演化曲線．由圖4(a)可以看出，當(dāng)軸向應(yīng)力幅值為300MPa時(shí)，兩種鋯合金軸向棘輪應(yīng)變都處于安定狀態(tài)．當(dāng)應(yīng)力幅值增加到325MPa時(shí)，軸向棘輪應(yīng)變累積明顯加快．當(dāng)應(yīng)力幅值增大到350MPa時(shí)，軸向棘輪應(yīng)變迅速累積達(dá)到應(yīng)變片量程．這是由于室溫單軸作用下，鋯合金管材存在的獨(dú)立滑移系較少，為使材料發(fā)生塑性變形而不致破壞，（a）軸向棘輪應(yīng)變（b）環(huán)向棘輪應(yīng)變圖4不同應(yīng)力幅值下Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的單軸棘輪應(yīng)變Fig.4UniaxialratchetingstrainofZr-Sn-NbandZu-Nballoysunderdifferentstressamplitude需要通過孿生-退孿生等機(jī)制來協(xié)調(diào)變形．孿生啟動(dòng)需要一定的臨界應(yīng)力，因此在較大應(yīng)力幅值下材料內(nèi)孿生-退孿生機(jī)制才啟動(dòng)，導(dǎo)致了棘輪應(yīng)變的快速累積．在鎂合金[22]的研究中也有類似現(xiàn)象．還可以看到在棘輪應(yīng)變較大時(shí)，Zr-Sn-Nb合金的軸向棘輪應(yīng)變比Zr-Nb合金增加得更快．由圖4(b)可知，環(huán)向棘輪應(yīng)變?cè)诓煌募虞d幅值下始終沿負(fù)向累積，這主要是泊松效應(yīng)作用的結(jié)果．隨著軸向應(yīng)力幅值增大，環(huán)向棘輪應(yīng)變負(fù)向累積越大，且累積速率越快．而且Zr-Sn-Nb合金在不同的加載條件下對(duì)應(yīng)的環(huán)向棘輪應(yīng)變明顯比Zr-Nb合金小很多，說明前者在單軸加載條件下承受環(huán)向變形的能力更強(qiáng)．2.3多軸棘輪試驗(yàn)2.3.1軸向應(yīng)力幅值對(duì)多軸棘輪行為的影響圖5給出了在內(nèi)壓pi為6.74MPa、不同軸向應(yīng)力幅值xa和相同軸向平均應(yīng)力(-xm)的條件下，Zr-Sn-Nb合金和Zr-Nb合金的多軸棘輪應(yīng)變隨著循環(huán)數(shù)的演化規(guī)律．其中

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]考慮全平面損傷參量的多軸低周疲勞預(yù)測(cè)方法研究[J]. 韓慶華,王培鵬,蘆燕.  天津大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)與工程技術(shù)版). 2018(S1)



本文編號(hào)：3051111