Zr-4合金高溫單軸棘輪效應(yīng)和棘輪疲勞性能研究.pdf

1、Zr-4合金管作為核電站燃料包殼材料，在服役過(guò)程中常常受到交變載荷作用。在非對(duì)稱交變載荷下材料會(huì)產(chǎn)生棘輪效應(yīng)，從而發(fā)生棘輪疲勞失效。在高溫下對(duì)Zr-4合金管進(jìn)行棘輪效應(yīng)和棘輪疲勞性能進(jìn)行研究，對(duì)核電站設(shè)計(jì)及安全運(yùn)行具有重要意義。
　　本文在400℃下對(duì)核反應(yīng)堆燃料包殼材料 Zr-4合金管進(jìn)行了一系列單軸拉伸試驗(yàn)、應(yīng)變幅值遞增試驗(yàn)、單軸棘輪試驗(yàn)、應(yīng)力控制下對(duì)稱和非對(duì)稱疲勞試驗(yàn)，并使用Ohno-Wang II模型結(jié)合各向同性強(qiáng)化準(zhǔn)則對(duì)

2、Zr-4合金棘輪效應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬，基于Basquin模型使用Goodman模型、Gerber模型、SWT模型、Walker模型對(duì)Zr-4合金管的棘輪疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測(cè)。 Zr-4合金在室溫下表現(xiàn)為循環(huán)軟化，在400℃時(shí)表現(xiàn)為循環(huán)穩(wěn)定并有輕微的循環(huán)硬化性質(zhì)。Zr-4合金具有率相關(guān)性，單軸棘輪應(yīng)變水平隨平均應(yīng)力和應(yīng)力幅值的增大而提高，隨加載率的增大而降低。Zr-4合金具有顯著的歷史記憶效應(yīng)，加載歷史會(huì)抑制棘輪應(yīng)變的產(chǎn)生；應(yīng)力率加載順序?qū)喰?/p>

3、為有影響，但當(dāng)平均應(yīng)力和應(yīng)力幅值相同時(shí)，不同的應(yīng)力率加載順序不會(huì)顯著影響最終的棘輪應(yīng)變。棘輪行為對(duì)溫度很敏感，在相同的歸一化應(yīng)力（-σ=σ/σ0.2）水平下，400℃下的棘輪應(yīng)變小于室溫下的棘輪應(yīng)變。本文在粘塑性本構(gòu)框架下以 OW-II隨動(dòng)硬化律為基礎(chǔ)，結(jié)合各向同性硬化準(zhǔn)則對(duì)Zr-4合金單軸拉伸、應(yīng)變循環(huán)、單軸棘輪行為進(jìn)行數(shù)值模擬。棘輪疲勞試驗(yàn)結(jié)果表明：全壽命范圍的棘輪行為可分為三個(gè)階段，快速增長(zhǎng)、穩(wěn)定階段、斷裂階段。斷裂時(shí)的棘輪應(yīng)變隨