核電結(jié)構(gòu)材料裂尖蠕變特征和環(huán)境致裂定量預(yù)測模型研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼和鎳基合金在核電站高溫水環(huán)境中的環(huán)境致裂(EAC)行為嚴(yán)重威脅著核電站的安全，準(zhǔn)確預(yù)測EAC裂紋擴(kuò)展速率(CGR)已成為核電安全評價的關(guān)鍵問題之一。為了獲得EAC裂紋擴(kuò)展速率，本文采用理論分析和有限元結(jié)合的方法，研究了裂尖蠕變力學(xué)特征，建立了基于裂尖蠕變與膜破裂的核電結(jié)構(gòu)材料EAC裂紋擴(kuò)展速率定量預(yù)測模型。主要研究內(nèi)容有：
　?。?）以滑移溶解理論和Ford-Andresen模型為基礎(chǔ)，根據(jù)裂尖蠕變主導(dǎo)裂尖鈍化膜破裂的

2、思想，重新詮釋了裂尖鈍化膜的破裂機(jī)理及 EAC裂紋擴(kuò)展歷程，推導(dǎo)建立了以裂尖蠕變率為主要力學(xué)參量的EAC裂紋擴(kuò)展速率定量預(yù)測模型。
　　（2）采用理論分析與數(shù)值計算結(jié)合的方法，得到了裂紋擴(kuò)展速率與裂尖電化學(xué)參量之間的關(guān)系，結(jié)果表明裂紋擴(kuò)展速率與鈍化膜形成時間和陽極溶解電流密度正相關(guān)，與電流衰減指數(shù)負(fù)相關(guān)。通過建立裂尖電化學(xué)環(huán)境計算模型，研究了裂紋縫隙中物質(zhì)的傳輸和縫隙電化學(xué)行為，得到了金屬陽極電位、溶液pH值及縫隙尺寸對裂尖局部電

3、化學(xué)環(huán)境的影響規(guī)律。
　?。?）以標(biāo)準(zhǔn)緊湊拉伸試樣為研究對象，通過建立裂尖蠕變的有限元模型，研究出了蠕變對裂尖力學(xué)特征的影響，確定將裂尖正前方位置的蠕變率用于預(yù)測模型；分析得到了不同電化學(xué)參數(shù)下，材料力學(xué)性能和裂尖力學(xué)狀態(tài)對蠕變率、Mises應(yīng)力、等效塑性應(yīng)變等裂尖蠕變力學(xué)特征及裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測模型的影響。
　　（4）對新建立的EAC定量預(yù)測模型、FRI模型、裂尖應(yīng)變梯度模型及實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，獲得了不同參數(shù)下各模型的特點(diǎn)及

4、與實驗數(shù)據(jù)的差別，結(jié)果表明采用蠕變致膜破裂的裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測模型進(jìn)行高溫水環(huán)境中EAC裂紋擴(kuò)展速率預(yù)測是可行的。
　?。?）焊接造成的非勻質(zhì)在核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中普遍存在，本文通過建立焊接接頭的簡化有限元模型，研究了蠕變對材料力學(xué)性能不均勻裂尖力學(xué)特征的影響，結(jié)果表明蠕變將顯著改善材料力學(xué)性能不均勻引起的裂尖應(yīng)力分布差異。通過將基于蠕變與膜破裂的CGR定量預(yù)測模型應(yīng)用到焊接接頭中，得出了非勻質(zhì)材料中EAC裂紋擴(kuò)展速率的規(guī)律。