微觀尺下核電結構材料應力腐蝕裂紋斷裂參量分析.pdf

1、由于奧氏體不銹鋼和鎳基合金具有良好的耐腐蝕性能和力學性能而被廣泛應用于核電設備的結構材料,但是這些材料在輕水反應堆的高溫水環(huán)境中發(fā)生的應力腐蝕開裂(SCC)卻成為影響核電站長期安全運行和壽命的關鍵問題之一。現(xiàn)已知道,應力腐蝕裂紋尖端微觀區(qū)域的力學狀態(tài)是影響裂紋擴展速率的三大因素之一,利用多尺度方法研究 SCC裂尖斷裂過程區(qū)環(huán)境、材料和力學氛圍是深入了解應力腐蝕開裂機理和擴展速率的重要手段之一。本論文借助數(shù)值模擬分析辦法,利用宏觀和微觀尺

2、度相結合的手段對鎳基合金應力腐蝕裂紋尖端區(qū)域的應力應變和斷裂參量進行了分析和研究。完成的主要研究T作如下:
　　(1)借助數(shù)值模擬方法,以標準緊湊拉伸試樣為研究對象,利用有限元軟件ABAQUS建立宏觀全局模型及裂紋斷裂過程區(qū)的微觀子模型,重點研究了由氧化膜及基體金屬構成的氧化膜模型應力腐蝕裂紋尖端區(qū)域的相關斷裂參量。研究在外載K恒定的情況下,分別以基體金屬材料和氧化膜材料力學參量為影響因素,裂尖區(qū)域斷裂參量變化情況;以氧化膜厚度為

3、影響因素,研究在外載K恒定的情況下,裂尖區(qū)域斷裂參量變化情況。
　　(2)在氧化膜模型的研究基礎上,結合電化學理論,提出了溝形裂紋的概念。在宏觀模型分析的基礎上,利用有限元軟件ABAQUS子模型技術,重點研究含溝形裂紋模型中由氧化膜及基體金屬構成的應力腐蝕裂紋尖端區(qū)域的應力應變場和裂尖應變率。由于溝形裂紋在形成過程中是一個動態(tài)的過程,研究在外載K值恒定的情況下,溝形裂紋長度變化對裂尖區(qū)域斷裂參量的影響;核電材料在應力腐蝕狀態(tài)下容易

4、發(fā)生分叉裂紋,研究在外載K值恒定的情況下,溝形裂紋分叉對裂尖區(qū)域斷裂參量的影響;在應力腐蝕裂紋金相分析的基礎上,發(fā)現(xiàn)核電材料易發(fā)生沿晶擴展,擴展方向將不斷變化,研究在K值恒定情況下,裂紋擴展方向對裂尖區(qū)域斷裂參量的影響。
　　(3)鑒于SCC裂紋在實際擴展中是動態(tài)連續(xù)的復雜過程,建立了對含氧化膜應力腐蝕裂紋動態(tài)擴展模型,并在此基上對裂紋動態(tài)過程中的裂尖斷裂參量進行了專門的研究。
　　(4)分別研究了K值恒定和變化情況下靜態(tài)裂