核级不锈钢管座焊接区与母材区疲劳裂纹扩展性能对比研究

焊接接头广泛应用于核电站管座处,而疲劳裂纹扩展是导致焊接接头失效的重要原因之一。因此,研究焊接区材料的疲劳裂纹扩展和寿命预测方法对准确预测焊接接头的寿命具有重要意义。本文以核电厂常用的304L不锈钢焊缝材料为对象,研究不同载荷比、不同取样方向对疲劳裂纹扩展速率的影响;基于试验数据建立焊缝材料的疲劳裂纹扩展速率模型,并与美国机械工程师协会（ASME）标准中奥氏体钢进行对比。结果表明:不同取样方向对焊缝疲劳裂纹扩展速率的影响不大,但载荷比对其有较大影响,较低载荷比下,焊缝的疲劳裂纹扩展速率在某个应力强度因子幅值（?K）前高于母材的疲劳裂纹扩展速率,在其之后则低于母材,而较高载荷比下则恰恰相反。      

力学不均匀焊接接头的J积分路径无关性研究

采用MARC有限元程序提供的虚拟裂纹扩展方法,计算了平面应变条件下不同强度匹配的含平行裂 的三点弯曲焊接接头模型在不同载荷下的J积分。计算结果表明了焊接接头中J积分的路径无关性,并对焊接结构中弹塑性J积分的应用奠定了基础。     

高温气冷堆石墨材料的疲劳裂纹扩展综述

迄今为止,各国的高温气冷堆均采用石墨作为其堆芯活性区及反射层的主要结构材料。由于堆内的高温高辐照环境,石墨构件一般承受较高的热应力及辐照应力,这些应力的循环变化将引起疲劳载荷。     

基于ANSYS程序的反应堆压力容器疲劳裂纹扩展分析方法研究

进行断裂力学分析时,RCC-M规范附录ZG规定了2种方法,其中第一种方法比较简便,易于实现,但结果过于保守,经常不满足限值要求;这时可采用第二种方法进行分析,即进行疲劳裂纹扩展计算分析,但该方法过程繁琐,计算量庞大。本文应用ANSYS程序中的APDL语言编制疲劳裂纹扩展计算程序,并对反应堆压力容器进行疲劳裂纹扩展计算。     

氢对Ti-2Al-2.5Zr钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

对3种含氢量的Ti-2Al-2.5Zr钛合金的室温疲劳裂纹扩展速率进行了实验测定，并对断裂以后的试样进行了断口观察。实验结果表明：含氢Ti-2Al-2．5Zr的稳态裂纹扩展符合Paris幂律关系；氢对裂纹稳态扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率(da／dN)基本没有影响，但对失稳快速扩展行为影响较大；氢含量越高，开始发生疲劳裂纹失稳快速扩展的应力强度因子范围越低；高含氢量的试样在应力强度因子范围(△K)高时发生氢化物的择向开裂，降低了材料的断裂韧性，导致裂纹失稳快速扩展所需的△K比低氢含量所需的△K小。     

氢及氢化物对锆合金疲劳裂纹扩展速率的影响及估算

采用紧凑拉伸（CT）试样．研究了不同氢含量的Zr-4及Zr-Sn-Nb合金在室温下疲劳加载裂纹扩展（dα/dN）行为．用扫描电镜观察了断口形貌。结果表明，氢含量对疲劳裂纹扩展速率影响微弱，疲劳断裂受通常的裂纹萌生、稳态扩展和瞬间断裂机制控制。根据疲劳裂纹扩展机理．导出了裂纹扩展门槛值△Kth的关系式．得出了一个描述疲劳裂纹扩展速率油（dα/dN）与材料性能常数之间的关系式，该关系式可用于预测材料的疲劳裂纹扩展速率。用锆合金实验数据对（dα/dN）预测表达式进行验证．结果表明，预测值与实验值吻合较好。     

核级管道材料高温疲劳裂纹扩展行为实验研究

为研究核级管道材料在500℃以上的高温疲劳裂纹扩展性能,对管道母材、焊缝和热影响区材料进行了高温条件下的疲劳裂纹扩展速率试验,基于概率分析方法获得了考虑不同存活率的概率疲劳裂纹扩展曲线。研究结果表明,高温条件下,管道不同位置区域材料的疲劳裂纹扩展性能存在较为明显的差异,焊缝和热影响区的抗疲劳裂纹扩展能力明显优于母材。试验研究结果可用于核反应堆管道结构安全评估和断裂力学分析。     

1Cr18Ni9Ti焊缝的疲劳短裂纹扩展方程

基于“有效短裂纹准则”,研究了1Cr18Ni9Ti焊缝的疲劳短裂纹行为描述方法。与疲劳群体短裂纹演化行为机制一致,考虑了3个重要因素。首先,主导有效短裂纹（DESFC）行为是群体短裂纹交互作用与影响的结果,因而适于表征短裂纹扩展行为。其次,显著的微观结构短裂纹（MSC）和物理短裂纹（PSC）两阶段行为特征,说明扩展律方程应当揭示这一现象。第三,强烈的不规则扩展行为,说明单一循环应变或应力参量不宜表征疲劳短裂纹扩展行为。因此,以DESFC局部萌生区域（MSC阶段）及其裂尖前沿区域（PSC阶段）的局部应变能密度为驱动力,发展了以包容上述区域的应变能密度为驱动力计算参数的新短裂纹扩展律,试验结果分析验证了方法的有效性。     

直流电压降法测量核电结构材料在空气中的疲劳裂纹扩展速率

介绍了直流电压降（DCPD）方法测量材料裂纹扩展的原理,并采用DCPD方法测量了反应堆典型结构材料在空气中的疲劳裂纹扩展速率（CGR）,分析了载荷、频率和载荷比（R＝K_max/K_min, K为应力强度因子）对疲劳裂纹扩展速率的影响。实验结果表明,材料的硬度与疲劳裂纹扩展速率有密切关系,即材料硬度越高,裂纹扩展速率越高。     

敏化处理对316NG奥氏体不锈钢疲劳裂纹扩展行为的影响

在模拟压水堆腐蚀环境条件下,进行了未敏化与725℃敏化处理的316NG奥氏体不锈钢腐蚀疲劳实验。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)、金相显微镜(OM)分析了试样微观结构、偏析相化学成分及裂纹扩展状况,研究了材料疲劳裂纹扩展行为。研究结果表明:敏化处理可显著抑制316NG奥氏体不锈钢在腐蚀环境中的疲劳裂纹扩展;裂纹扩展速率由未经敏化处理的2.21×10~(-4) mm/次减小到敏化处理10min的1.02×10~(-4) mm/次。敏化处理试样的偏析相颗粒数量增多,萌生的支裂纹也增多,导致裂纹扩展速率减小。但是,敏化处理会导致偏析相颗粒中Cr元素含量增加,颗粒附近的基体成为贫铬区,电化学腐蚀加剧,促进裂纹的扩展。     

具有内表面裂纹高压厚壁圆管的疲劳寿命分析

从KI的基本表达式出发,利用Schmitt-Keim影响系数并考虑压力介质的影响,对两支具有初始裂纹的模拟管进行了局计算.计算KI达到KIC的裂纹深度,与实验一致.本文将Paris方程作为厚壁圆管内表面裂纹扩展速率模型并给出方程系数,计算结果与实验结果相吻合.在此基础上计算了实验模拟管的疲劳寿命,给出了压力.疲劳寿命关系曲线.不失一般性,给出具有内表面裂纹高压厚壁圆管的疲劳寿命保守计算.     

基于微焦点CT的三维裂纹扩展分析

采用高频疲劳试验机进行了2A50锻铝缺口试样三点弯曲试验,对不同扩展阶段的表面裂纹进行了SEM对比分析。通过微焦点CT对裂纹进行了三维重建,三维可视化结果直观显示了裂纹的尺寸、位置和形态分布。通过相邻两个阶段二维CT图像的灰度、裂纹前沿位置分析裂纹扩展行为特征,结果表明,裂纹扩展不规则。分别将两个阶段的裂纹体进行投影得到了投影图像,对比后可观察到新的裂纹扩展区域,并得到了两个阶段的裂纹扩展前沿分布曲线。通过两个阶段的裂纹体三维分析得到了裂纹前沿扩展增量三维分布。     

核压力容器异种金属焊接接头延性断裂行为数值研究

使用GTN损伤模型与有限元计算相结合的方法,对核电安全端异种金属焊接接头试样裂纹扩展路径及J-R阻力曲线进行数值研究.结果表明:异种金属接头中的堆焊层及焊缝中心裂纹扩展路径和均质材料基本相同,而界面及近界面裂纹的扩展路径显著地偏离初始裂纹位置.界面裂纹及近界面裂纹倾向于向屈服强度低的软材料一侧扩展,这是由裂尖前区域不同材料的强度失配所致.不同初始位置和不同尺寸的裂纹具有不同的材料拘束和几何拘束,其J-R裂纹扩展阻力曲线不同.宏观断裂力学无法预测这种裂纹的扩展路径和扩展阻力,基于GTN损伤模型的数值计算方法可以预测这种裂纹的扩展路径及扩展阻力,可望用于安全端焊接结构的完整性评定和破前漏分析.     

10MW高温堆热启动时蒸汽发生器管板焊缝处疲劳分析

10MW高温气冷堆事故停堆后短时间内热启动能使反应堆快速提升功率．从而节省大量的启动时问．但是热启动时,蒸汽发生器联箱仍保持较高温度．大约在430℃左右,而二回路给水温度只有100℃,如此大的温差必将在蒸汽发生器的传热管与管板的焊接处产生很大的热应力,容易引起疲劳损伤通过合理保守的简化,分析10MW蒸汽发生器管板和传热管的温差,从而进行应力计算和疲劳评价。     

温度及氢化物对Zr-Sn-Nb合金焊缝疲劳裂纹扩展行为的影响研究

采用小尺寸三点弯曲试样完成了渗氢和未渗氢Zr-Sn-Nb合金母材和焊缝在室温和360 ℃下的疲劳裂纹扩展速率试验,研究了温度和氢化物对焊接薄板的疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明,腐蚀吸氢后,在母材和焊缝区均析出了呈水平向分布的片状氢化物。相比母材区,焊缝区析出的氢化物更为致密。在相同温度下,未渗氢母材的抗疲劳裂纹扩展性能均优于未渗氢焊缝。腐蚀吸氢后,母材在相同温度下的抗疲劳裂纹扩展性能也优于焊缝。在室温下,腐蚀吸氢后的母材和焊缝的抗疲劳裂纹扩展性能相比吸氢前明显下降。360 ℃下,渗氢母材和焊缝中的氢化物部分溶解,使得其抗疲劳裂纹扩展性能得到一定程度提升。     

Fatigue Life Assessment Based on Crack Growth Behavior in Reduced Activation Ferritic/Martensitic Steel

Crack growth behavior under low cycle fatigue in reduced activation ferritic/martensitic steel, F82H IEA-heat (Fe-8Cr-2W-0.2V-0.02Ta), was investigated to improve the fatigue life assessment method of fusion reactor structural material. Low cycle fatigue test was carried out at room temperature in air at a total strain range of 0.4–1.5% using an hourglass-type miniature fatigue specimen. The relationship between the surface crack length and life fraction was described using one equation independent of the total strain range. Therefore, the fatigue life and residual life could be estimated using the surface crack length. Moreover, the microcrack initiation life could be estimated using the total strain range if there was a one-to-one correspondence between the total strain range and number of cycles to failure. The crack growth rate could be estimated using the total strain range and surface crack length by introducing the concept of the normalized crack growth rate.     

蒸汽发生器传热管裂纹扩展性质的确定

本文应用金相、TEM、SEM 和 EDAX 对蒸汽发生器1Cr18Ni9Ti 不锈钢传热管的裂纹及断口进行了分析.管束裂纹的性质属腐蚀疲劳。并指出在裂纹扩展过程中,当裂纹发展到使 K_1≥K_(1scc)时,裂纹扩展方式会由腐蚀疲劳转变为应力腐蚀.     

反应堆压力容器钢的辐照脆化预测模型研究

对反应堆压力容器（RPV）钢的辐照脆化进行预测是保证核电站长寿期安全运行的重要方法。通过深入分析国外已有RPV钢的辐照脆化预测模型,揭示了已有参数化预测模型的不足,在此基础上建立了新的预测模型PMIE-2012。利用辐照监督数据对PMIE-2012的可靠性进行评价,结果表明,PMIE-2012对RPV钢的辐照脆化预测具有较高的准确性和可靠性。