高温水环境下温度对316 L不锈钢应力腐蚀开裂的影响

在高温水环境中,采用慢应变速率拉伸实验方法研究了温度对316 L不锈钢应力腐蚀开裂的影响规律,并通过扫描电镜(SEM)对试样断口形貌进行分析. 结果表明:在高温水环境中,温度为200～345 ℃时316 L不锈钢具有应力腐蚀开裂敏感性;材料脆性指标随温度升高而增大,应力腐蚀开裂敏感性增强,断口分析与之吻合;250 ℃是316 L不锈钢发生应力腐蚀开裂的敏感温度,断口边缘形貌呈现明显脆性断裂特征.     

安全端焊接残余应力对裂纹尖端力学参量的影响

焊接残余应力是导致核电一回路安全端异种金属焊接接头引导力腐蚀开裂(SCC)的主要因素之一,同时焊接接头区域材料力学性能不均匀性使得SCC裂纹尖端力学场分析变得更为复杂。为了了解核电一回路压力容器安全端异种焊接结构中残余应力对裂纹尖端力学参量的影响,本文通过有限元手段分别利用预定义温度场法和导入预应力法对核电一回路安全端焊接接头中的残余应力分布进行模拟,并计算分析了焊接残余应力作用对安全端焊接接头中SCC裂纹尖端主要力学参量的影响。研究表明,导入预应力法是较理想的焊接接头残余应力场模拟方法;裂尖应力、应变以及J积分均与残余应力的分布规律有很大的关联性;当裂纹长度小于管壁厚度的三分之一时,裂尖应力应变和断裂参量随裂纹长度增加而增大,之后趋于平稳;当裂纹长度接近30 mm时裂尖法向应力由正变负,裂尖应力应变随裂纹长度的增大而减小,有可能造成SCC裂纹扩展停滞。研究结果为日后定量预测安全端SCC裂纹扩展历程奠定了一定的理论基础。     

有限平面应变Ⅱ型裂纹尖端幂律塑性应力场全解

针对幂律材料、有限平面应变紧凑拉伸剪切(Compact Tension and Shear, CTS)试样,基于能量密度等效方法可得到CTS试样能量密度中值点的代表性体积单元(Representative Volume Element, RVE)的等效应力解析解,以该应力解作为特征应力因子,采用表征CTS试样Ⅱ型裂纹尖端应力场的三角特殊函数,提出了描述有限平面应变幂律塑性Ⅱ型裂纹尖端应力场的半解析模型以及用于描述Ⅱ型裂纹尖端扇贝轮廓式等应力线的理论解.本文Ⅱ型裂纹裂尖场模型对平面应变CTS试样裂尖应力场的预测结果与有限元分析结果密切吻合, Ⅱ型裂纹裂尖幂律塑性应力场模型完善了弹塑性断裂力学,并对剪切型断裂安全评价有重要工程意义.     

屈服准则与裂纹开裂判据

本文提出了在裂尖附近的弹塑性交界线上,选择并比较有关的力学参量,以预测复合型裂纹的失稳扩展的方法。分别用Mises,Tresca,Twin shear stsess屈服准则讨论了裂尖附近的塑性区形状与大小,进而在其周界上选择周向应力σ_θ,周向应变ε_θ,塑性区长度γ_P作岛裂纹失稳扩展的控制参量,以预测其失稳扩展的方向及条件。对不同准则与不同控制参量所预测的结果进行了比较。     

316L不锈钢应力腐蚀研究进展

316L不锈钢具备良好的力学性能、焊接性能、耐蚀性能，被广泛应用于化工管道、船舶及核电等领域。因其应用环境复杂，316L不锈钢在特定介质环境和拉应力的协同作用下，易发生应力腐蚀开裂，导致严重事故。概述了316L不锈钢应力腐蚀裂纹萌生及扩展的规律，总结了其应力腐蚀的阳极溶解和氢致开裂两种微观主导机制的特点。在此基础上，针对介质环境、材料、表面应力状态3个影响因素，综述了近年来通过调节介质环境的pH、溶液浓度、引入压应力、优化微观结构及涂层工艺等方面，改善316L不锈钢应力腐蚀性能的研究进展。最后，基于316L不锈钢面临的应力腐蚀问题，从应力腐蚀机制和防护措施两方面展望了316L不锈钢应力腐蚀的研究热点和方向。     

溶解氧和温度对O6Cr17Ni12Mo2Ti不锈钢在超临界水中应力腐蚀的影响

通过慢应变速率拉伸试验,在超临界水环境中研究了溶解氧和温度对06Cr17Ni12Mo2Ti不锈钢的应力腐蚀开裂倾向的影响规律. 试验结果表明:在含不同溶解氧量(0/200/2000μg·kg-1 ) 的450℃和550℃超临界水环境中,不锈钢都呈现出不同程度的应力腐蚀开裂倾向. 随着水中溶解氧含量的增加,不锈钢的应力腐蚀开裂倾向更为明显. 随着温度的上升,应力腐蚀开裂倾向反而会下降. 在含不同溶解氧量(0/200/2000μg·kg-1 )的650℃超临界水环境中,不锈钢只发生塑性断裂,未发现应力腐蚀开裂倾向,并且溶解氧对其影响也不是很明显.     

pH值对高温高压水中304L不锈钢应力腐蚀开裂的影响

在高温高压水环境中,采用慢应变速率拉伸试验方法,研究了不同pH值对304L不锈钢应力腐蚀开裂行为的影响规律,并通过扫描电镜对试样断口形貌进行观察与分析.结果表明:在300℃时,304L不锈钢在弱酸性和弱碱性溶液中的应力腐蚀开裂敏感性较大,且酸性越强,敏感性越大.在中性溶液中,304L不锈钢的强度和塑性损失较小,应力腐蚀敏感性较小,断口分析与之吻合.     

不同裂纹扩展阶段对SCC裂尖蠕变场的影响

裂尖区域蠕变是核电材料应力腐蚀裂纹扩展的主要驱动因素之一,为研究不同裂纹扩展阶段下SCC裂尖蠕变场的变化规律,采用紧凑拉伸试样建立了SCC裂尖蠕变的有限元模型,以核电常用的奥氏体304不锈钢为研究对象,分析裂尖蠕变以及蠕变对裂尖力学场的影响,同时以裂纹长度的变化表征裂纹扩展的不同阶段,进而研究了不同裂纹扩展阶段下对裂尖蠕变及蠕变率的影响规律,通过ABAQUS数值模拟分析软件计算可得,高蠕变量区域主要集中分布在近裂尖区域,裂纹长度对SCC裂尖蠕变场的影响较大,随着奥氏体304不锈钢裂纹长度的不断增加,裂尖蠕变量以及蠕变率也在不断增加。随着蠕变的推进,到达稳态蠕变阶段时蠕变率均趋向于同一水平,且随时间的继续增加,蠕变率变化不大,同时裂纹扩展速率随着裂纹长度呈现出指数的增加规律,在应力腐蚀开裂初始阶段,裂纹扩展速率较慢,随着裂纹长度的增加,扩展速率越来越快。为进一步研究基于蠕变致SCC开裂的结构安全性评价提供一定的理论参考。     

功能梯度材料V型缺口根部裂纹场强特性分析

为研究功能梯度材料V型缺口根部裂纹尖端附近的应力场强特性,讨论了指数型梯度材料的裂纹场强特点.以双边V型缺口试件为研究对象,建立试件的有限元分析模型.基于分层法分析静态载荷和阶跃冲击载荷下功能梯度材料V型缺口根部裂纹尖端的应力场强.研究结果表明:静载荷下,缺口根部裂纹前沿中面裂尖等效应力、位移及应力强度因子随着梯度参数β的增大而增大;应力强度因子K随张开角α的增大而减小,且在0°~60°之间减小缓慢,而在60°~90°之间减小程度明显,而在大于90°时随张开角α迅速减小.在冲击阶跃载荷下随着梯度参数β的增大,其动态应力强度因子值减小.     

弹击Ly12矩形靶板的裂纹和塑性区的特征分析

用金相学和云纹法分析了予应力Ｌｙ１２矩形靶承受高速弹体穿击区周围裂纹的萌生，扩展和断裂过程，扩展状态和破坏特征，研究表明：冲击载荷引起第２相粒子的振动，形成空洞是裂纹起裂的主要因素，空洞连接成串导致裂纹扩展和断裂；由于ｌｙ１２的第２相位粒子多处于晶界处，导致材料发生洞晶断裂，裂纹尖端塑性区分布成蝶形，裂纹两侧及与裂尖成４５°方向材料的塑性应变较大，裂尖正前向较远处塑性应变小。     

摩擦系数对齿轮裂纹应力场强的影响

基于弹性理论,借助通用有限元软件ANSYS模拟齿轮啮合过程的摩擦现象.对裂尖进行奇异化处理,分析摩擦系数及裂纹形状对裂纹尖端等效应力、裂纹尖端位移和应力强度因子的影响,修正齿轮应力强度因子公式.研究结果表明:同一裂纹结构随着摩擦系数的增加裂纹尖端的等效应力、位移和应力强度因子也相应增加.随裂纹形状a/c变化,当a/B＜0.05(定义B为齿轮危险截面的厚度)时前自由面影响起主要作用,当a/B＞0.05时后自由面影响起主要作用,均随着比值的增大应力强度因子先增大后减小.     

准静态下Ⅰ型裂纹的断裂准则与切口圆柱形试件的破损评定研究

本文建立了准静态情况下Ｉ型裂纹的断裂准则，提出了新的表面能概念及其表达式。用材料的应力—应变曲线来表示裂纹尖端塑性区耗散能，并建立了裂尖塑性区耗散能与远场应力和临界裂纹长度的关系，通过试验确定了远场应力与临界裂纹长度的幂函数关系。     

钝化预裂纹尖端开裂对应力应变分布的影响

通过对16MnR钢三点弯曲(3PB)预裂纹试样进行实验和有限元计算,分析了裂纹尖端的断裂行为.结果表明,在载荷达到某一临界值时,微裂纹在裂尖处形核、扩展,随后又被钝化,随着载荷的增加,这一个过程一直重复着.在这一过程中,裂尖前端的塑性应变和三向应力度进行重新分布,并且两者达到临界值的位置都向裂尖靠近,随后又都向前移动,但三向应力度比塑性应变移动得快,这使得解理断裂的三个判据逐渐得到满足.     

裂隙岩体贯通及锚固止裂路径有限元分析

压剪应力作用的裂隙岩体其裂纹尖端附近存在塑性屈服区.将裂隙岩体单元与锚索单元的节点完全重合,应用等效应变与降温法施加锚索单元的预应力,裂纹采用八节点等参单元退化后的奇异单元进行模拟,从应变角度出发,应用塑性区最短距离判据得到了不同锚固条件下含两条不同倾角共线裂纹的裂纹尖端附近的最短塑性区距离、裂纹的扩展方向、裂纹扩展后岩桥之间的有效距离等,并分析了裂隙岩体的锚固止裂机制.结果表明,预应力锚索加固对裂隙岩体的压缩效应远大于剪切效应.锚固条件下倾角为30°～60°的裂纹扩展后岩桥之间有效距离增大,锚固条件越好,裂纹尖端塑性区的最短距离越小,预应力锚索的加固止裂效果越明显.锚固附加应力场使得0°、90°裂纹附近岩体的正应力或侧向应力得到增加,锚固条件越好,裂纹尖端的塑性区最短距离越大,在进行锚固设计时,应合理布置锚固角.     

304和316L不锈钢的高温电化学腐蚀行为

通过模拟压水堆一回路水环境,研究了溶液温度和溶氧量(DO)对304和316L不锈钢高温电化学腐蚀行为的影响.结果表明:随着溶液温度升高,在304和316L不锈钢表面所形成的氧化膜的保护性能降低;随着DO升高,304和316L不锈钢的自腐蚀电位升高,自腐蚀电流密度降低,钝化区缩小;304和316L不锈钢表面形成了双层氧化膜,外层氧化膜颗粒尺寸和颗粒间隙随着温度的升高而增大,随着DO增加而减小;在所用实验条件下,316L不锈钢表现出比304更优异的抗腐蚀性能.     

基于累积塑性应变的表面裂纹板CTOD疲劳分析

结合Dugdale模型,以表面裂纹尖端累积塑性应变为控制参量,提出一个低周疲劳载荷下含半椭圆形表面裂纹船体板的裂纹尖端张开位移(CTOD)分析模型.利用有限元法模拟了表面裂纹尖端累积塑性变形、表面裂纹几何特性、应力均值以及材料应变硬化系数等相关因素的影响,结合最小二乘法拟合出基于表面裂纹尖端累积塑性应变的考虑表面裂纹几何特性、应力均值以及材料应变硬化系数影响的CTOD二阶多项式.     

爆破振动作用下巷道围岩微裂纹扩展研究

考虑开挖二次应力场和矿体回采爆破振动对圆形巷道围岩微裂纹的影响,探讨巷道围岩裂纹尖端应力场及单节理微裂纹的Ⅰ、Ⅱ型应力强度因子,基于双剪统一强度理论,研究圆形巷道围岩微裂纹裂尖在二次开挖应力场及爆破振动动力场作用下的裂尖起裂角和裂尖塑性区统一解.根据计算式及所得图形,分析比较爆破振动影响下微裂纹扩展角及裂纹尖端塑性区范...     

T应力对扩展裂纹尖端塑性区域形状的影响

根据Williams级数解,裂纹尖端应力场由Ⅰ-Ⅱ复合型应力强度因子及T应力共同控制。将裂纹尖端应力分量代入Von Mises屈服准则,建立裂纹尖端塑性扩展区模型。基于该模型获得了在不同Ⅰ-Ⅱ复合比断裂情况下裂纹尖端塑性扩展区形状随T应力的变化规律,并对Ⅰ型和Ⅱ型断裂在复合型裂纹断裂所占的比例、T应力大小及泊松比对塑性区域形状的影响进行了讨论。研究结果表明:正的T应力引起裂纹断裂角θ_0减小,加剧裂纹扩展;负的T应力导致裂纹断裂角θ_0增大,并抑制裂纹扩展;T应力为0或纯Ⅰ型裂纹尖端塑性区存在对称轴,存在T应力后,塑性区域呈不对称分布,T应力绝对值越大,塑性区域面积越大,T应力对裂纹尖端塑性区形状及尺寸大小均有很大影响。此外,不同Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹,塑性区域面积均随泊松比的增大而减小。塑性区变化的观测结果对进一步分析加载条件下Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹工程结构缺陷的疲劳和断裂具有重要意义。     

不锈钢夹层锅应力腐蚀裂纹失效分析

材质为ASTM A240 316L不锈钢夹层锅的简体内壁出现了许多裂纹.通过现场观察、材质分析、金相检验等检测方法对筒体内壁裂纹的宏观形貌、显微组织、腐蚀产物并结合夹层锅的工况等进行分析.结果表明,不锈钢夹层锅的简体在富含氯离子的环境中,在氯离子和拉应力的共同作用下,发生应力腐蚀开裂.     

304L不锈钢在核电一回路水中应力腐蚀行为的研究

 在模拟核电一回路高温高压水环境中,采用慢应变速率拉伸试验方法,研究温度对304L不锈钢应力腐蚀开裂的影响规律。通过扫描电镜观察,对试样断口形貌进行分析。结果表明,在高压水环境中,随着温度的升高,材料有向脆性断裂转变的倾向,抗拉强度等参数变化不大,延伸率和断面收缩率略有降低;在研究温度范围内,304L不锈钢试样断口未发现明显脆性解理特征;温度处于200-345℃区间时,没有发现存在304L不锈钢敏感温度,材料应力腐蚀敏感性较低。