压水堆一回路环境中304不锈钢的蠕变特性分析

裂尖结构蠕变应变是核电结构材料应力腐蚀裂纹扩展的主要驱动力之一,为了了解核电结构材料在核电高温水环境下的蠕变特性,本文利用高压釜模拟核电一回路高温高压水环境,对核电结构材料304不锈钢进行了不同应力下的单轴拉伸蠕变实验,基于时间硬化本构模型得出了其在320℃下的蠕变本构方程,并结合ABAQUS有限元分析软件建立了高应力下获取蠕变的数值模拟方法。结果表明,应力和时间对蠕变变形有着很大的影响,蠕变速率在初期很大,随着蠕变时间的延长,由于合金加工硬化现象的产生,导致蠕变速率逐渐减少并趋于稳定;温度一定时,蠕变变形和蠕变速率同样随着应力的增大而增大。利用ABAQUS可以有效获取高应力下蠕变规律的数值模拟方法,研究结果为核电结构材料安全性评定提供了一定的参考作用。     

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。     

冷加工塑性硬化对304不锈钢力学参数的影响

准确的材料力学参数是结构完整性分析与评价的重要基础,冷加工硬化现象会造成材料力学性能参数的改变,而受冷加工硬化作用力学性能发生变化的局部区域往往是需要进行结构完整性分析的关键部位。为获取不同冷加工硬化量下材料的力学性能,文中采用数值模拟和力学试验相结合的方法,以常用的金属材料304奥氏体不锈钢为研究对象,通过单轴拉伸试验获得了10%,20%,30%,40%等4种不同冷加工条件下的工程应力应变数据;利用线弹塑性硬化模型,结合ABAQUS软件建立了获取冷加工硬化后材料力学性能的数值模拟方法,分析了不同冷加工硬化量下304奥氏体不锈钢力学性能的变化规律。结果表明,线弹塑性硬化模型在一定范围内能够较好地反映304奥氏体不锈钢受冷加工硬化作用后的力学行为,随着冷加工硬化量的不断增大,304奥氏体不锈钢的屈服应力大幅度升高,同时,冷加工硬化对304奥氏体不锈钢折减系数的影响相对较小。提出的方法可以用于重要工程结构中关键部位的结构完整性分析。