新結構材料力學行為的獲取方法.pdf

1、材料低周疲勞和疲勞裂紋擴展性能對于結構的安全評價和設計有重要意義。針對新型核電結構材料：Zr-Sn-Nb合金、TA17合金和Cr2Ni2MoV鋼，通過系統(tǒng)的材料低周疲勞、疲勞裂紋擴展試驗研究和數(shù)值模擬，取得了如下研究成果：
　　 (1)對于小曲率半徑漏斗試樣，根據疲勞損傷等效原理，提出了一種低周疲勞測試新方法：LLF方法，該方法以漏斗兩端的軸向測試應變作為控制應變，通過彈塑性有限元分析，得到測試應變到缺口根部局部應變的轉換模型，

2、進而獲得材料的Manson-Coffin疲勞壽命估算模型；
　　 (2)開展了Zr-Sn-Nb薄片合金在室溫、200℃、300℃、400℃、450℃和500℃下單調拉伸試驗，獲得了各溫度下的單軸本構模型；基于LLF方法，采用薄片漏斗試樣，完成了以上各溫度下Zr-Sn-Nb合金的低周疲勞試驗，建立了不同溫度下的材料的Manson-Coffin疲勞壽命估算模型；
　　 (3)高溫對Zr-Sn-Nb合金靜強度和循環(huán)強度的影響都

3、經歷了先急劇下降而后逐漸平穩(wěn)的過程，并且高溫對循環(huán)強度的影響程度高于靜強度；Zr-Sn-Nb合金的疲勞壽命隨溫度的增大而降低，降低程度隨應變幅的變化呈線性規(guī)律，進而建立了用于預測Zr-Sn-Nb合金高溫低周疲勞壽命的λ-Manson-Coffin模型；
　　 (4)對TA17合金、Cr2Ni2MoV鋼的低周疲勞和Cr2Ni2MoV鋼的疲勞裂紋擴展行為進行了試驗研究，建立了兩種材料的Manson-Coffin模型和Cr2Ni2Mo

4、V鋼的Paris模型；
　　 (5)提出了一種預測材料與結構疲勞裂紋擴展速率的數(shù)值模擬新方法：LFF方法，該方法假定裂紋尖端小范圍屈服區(qū)材料應變疲勞損傷行為與光滑試樣應變損傷行為等效，進而定義一種新的局部疲勞損傷參量，根據材料的Manson-Coffin低周疲勞模型，以裂尖最大主應變方向的垂直方向作為疲勞裂紋擴展方向，并由ANSYS命令流程序來實現(xiàn)材料裂紋擴展速率的數(shù)值模擬；采用LFF方法，開發(fā)了一套ANSYS裂紋擴展計算命令流

5、程序，預測了Cr2Ni2MoV材料復雜裂紋CT試樣及TA12合金、TC4合金直裂紋CT試樣的疲勞裂紋擴展行為，通過與疲勞裂紋擴展試驗結果比較，驗證了LFF方法對多種材料裂紋擴展行為均有良好模擬精度。
　　 另外，基于試驗與有限元分析，本文對一種新型鋼塑復合管進行了強度分析，給出了復合管的屈服強度和失穩(wěn)強度，研究了影響鋼塑復合管屈服與失穩(wěn)強度的溫度效應與尺寸效應，提出了預測鋼塑復合管屈服與失穩(wěn)強度的估算模型，當考慮1.2倍安全裕量