多级温度及荷载条件下高放废物地质处置库花岗岩围岩蠕变特性研究

针对我国高放废物地质处置北山预选区花岗岩,开展了应力、温度分级加载条件下的蠕变特性试验,研究了花岗岩蠕变破坏过程中的裂纹扩展规律。试验过程中采用三维声发射定位系统,对岩石蠕变破坏过程中的裂纹扩展状态进行实时监测。试验结果表明,即使施加的应力水平低于损伤应力,岩石力学性质也会发生劣化。岩石内部微裂纹在应力的作用下不断积聚、扩展和连通,对应的声发射信号活跃,声发射事件不断增加。花岗岩稳态蠕变阶段的蠕变率受应力水平和温度的影响显著,温度和应力水平的升高加快了花岗岩裂纹扩展速度,导致花岗岩蠕变率增大。蠕变破坏过程中的声发射信号进一步印证了温度的影响,当温度由50℃升高到120℃时,稳态蠕变阶段的声发射计数率增加了近一个数量级。研究还发现,花岗岩蠕变破坏过程中试件内部分布最为广泛的声发射类型为低振幅声发射事件,与试件内部的微裂纹的产生及发展相对应,高振幅的声发射事件主要产生于试件的宏观破坏面周围。     

压力管线缺陷声发射信号频谱特性试验

对含预制裂纹的压力管线进行液压疲劳试验,全程不间断地监测试验过程中产生的声发射信号,并对采集到的声发射信号的时程特性及其对应的频谱特性进行分析研究。结果表明,由裂纹扩展引发的声发射信号频谱集中在较低频带,由机械和摩擦等声源引起的声发射噪声信号频谱相对集中在较高频带。因此,通过声发射信号频谱分布特征可以识别声发射源的性质。     

液压下压力管线活动缺陷声发射信号研究

在液压试验装置上,对含预制裂纹的压力管开展了缺陷扩展声发射信号试验研究.全程不间断监测压力管道疲劳裂纹扩展的声发射信号,并对采集到的信号进行分析处理.结果表明:管道缺陷声发射信号的幅度和能量随加载时间逐步增大,可以用于鉴别管道是否存在活动缺陷;在缺陷贯穿前,声发射信号的幅度、能量和计数急剧增加,可以预报管道缺陷的贯穿泄漏.     

TA16和690传热管高周疲劳性能研究

采用轴向拉拉的加载方式对蒸汽发生器传热管材料TA16和690进行高周疲劳试验。试验环境为室温空气中。根据试验数据绘制两种材料的应力-循环(S-N)曲线,并通过拟合公式获得相应循环周次下的疲劳极限。对疲劳断口进行扫描电镜(SEM)观察分析,疲劳过程为裂纹源产生、扩展和断裂。     

SCWR候选不锈钢的高周疲劳行为研究

采用旋转弯曲的加载方式对奥氏体不锈钢347、316Ti、310进行疲劳试验。试验环境为室温下空气中和550℃空气中。对疲劳断口进行扫描电镜(SEM)分析,根据试验数据绘制材料的应力-循环(S-N)曲线。结果表明,3种不锈钢疲劳极限大小顺序为347<316Ti<310,与静强度顺序一致;高温会加速试样的氧化,降低材料的疲劳寿命,347不锈钢的下降趋势最大,对温度最敏感;疲劳极限试验与经验公式计算值的比较表明,3种不锈钢具有较好的抗高周疲劳性能;疲劳过程为裂纹源产生、扩展和断裂,疲劳条带宽度在1μm左右的量级,最后断裂区具有韧窝特征,347不锈钢的韧窝中分布着数量较多的大小孔洞。     

Ti-4Al-2V合金高周疲劳性能研究

评价了钛合金Ti-4Al-2V棒材的室温高周疲劳性能。采用旋转弯曲的加载方式完成了Ti-4Al-2V棒材在室温空气中的成组常规疲劳试验和升降法试验,对试验数据进行了分析,绘制了S-N曲线和P-S-N曲线,对疲劳断口进行了扫描电子显微镜(SEM)分析。结果表明,钛合金Ti-4Al-2V棒材的疲劳极限σ_(-1(10~7))与经验公式计算值吻合,Ti-4Al-2V棒材具有较好的抗高周疲劳的性能,疲劳断口呈现裂纹萌生、扩展和断裂的特征。     

工质压力及蠕变对冷变形310S不锈钢在超临界水环境下的应力腐蚀开裂行为影响研究

310S不锈钢是一种性能较好的超临界水冷堆候选包壳材料,为丰富310S不锈钢在在超临界水环境下的应力腐蚀性能研究,特别是裂纹扩展速率方面的数据。本研究使用在线监测裂纹扩展的方法,测量了不同冷变形的310S不锈钢在多种工况下的裂纹扩展速率,分析了工质压力、高温蠕变等因素对310S开裂行为的作用。结果显示：超临界水或高温蒸汽的压力变化对310S不锈钢在500℃下的开裂行为的影响较为有限,冷变形作用促进材料的裂纹扩展,材料的高温蠕变行为在超临界水中对应力腐蚀开裂过程中具有较为重要的加速作用,特别是对于高冷变形和高载荷条件下的材料。本研究丰富了超临界水环境下310S的应力腐蚀裂纹扩展速率的数据,证明了提高材料的抗蠕变性能是优化包壳材料服役性能的重要手段之一,包壳设计制造的过程中应当避免较大幅度的冷变形。     

22NiMoCr3-7钢韧-脆转变区断裂韧度及断裂失效曲线

采用ABAQUS有限元分析软件对22NiMoCr3-7压力容器钢单边裂纹三点弯曲试件进行弹塑性数值计算.分析了在不同温度的解理断裂载荷水平下,韧-脆转变温度区标准裂纹和浅裂纹试件裂纹尖端区域的应力场.用J-A2双参数理论,评估标准裂纹和浅裂纹试件裂纹尖端的约束效应,计算了与主曲线参考温度T0相应的约束参数A2值.根据双参数断裂理论和RKR断裂准则,给出了22NiMoCr3-7压力容器钢在不同温度时与约束相关的断裂失效曲线.结果表明,断裂失效预测曲线与实验结果基本一致.     

蒸汽发生器声发射监测可行性研究

针对新型蒸汽发生器(SG)使用的钛合金材料,提出在制造时利用声发射技术对其材料性能进行监测,并通过试验对SG声发射监测的可行性进行研究。利用声发射对标准拉伸试样的拉伸试验全过程进行监测,分析获取的数据,得到钛合金材料的声发射特征以及声发射监测的灵敏度。进一步对SG拉伸试样的拉伸试验声发射监测结果,验证标准拉伸试样的分析结果,确认对该种新型SG进行声发射监测是可行的。     

X-750合金裂纹扩展速率的测量及SO_4~(2-)离子对裂纹扩展速率的影响

利用直流电压降方法(DCPD)测量X-750合金在空气中的疲劳开裂速率和高温高压水环境中的应力腐蚀裂纹扩展速率。介绍利用紧凑拉伸(CT)试样测量裂纹扩展速率的方法。基于滑移-氧化膜破裂-氧化模型,分析裂纹尖端特殊水化学环境形成的原理和过程,探讨水中溶解氧和SO42-离子在该环境形成过程中所起的作用。     

压力管道裂纹泄漏定量技术研究

在分析泄漏产生的声发射信号衰减特性的基础上,通过压力管道裂纹泄漏试验,标定出信号的距离衰减常数,建立泄漏的声发射信号与泄漏率的关系式.在此基础上,推导出压力管道裂纹泄漏定量计算方法.试验验证表明,该方法能对压力管道裂纹泄漏进行有效的定量估计.     

1Cr18Ni9Ti焊缝疲劳短裂纹的形态演化

试验研究了1Cr18Ni9Ti焊缝光滑试样的单轴疲劳短裂纹形态演化规律.基于"有效短裂纹准则",把注意力放在"主导有效短裂纹(DESFC)"萌生及裂尖前沿区域.观测发现,ESFCs萌生于焊缝局部delta铁素体与奥氏体基质界面,取向在与加载轴垂直截面小于45°随机分布.之后,受微观结构约束,表面倾向于沿垂直于轴向不规则扩展;深度方向,裂纹初始与加载方向垂直,之后倾向于与柱状晶生长方向垂直.当若干取向基本一致,裂尖前沿相邻的ESFCs发生合并即形成真实DESFC,由微观结构短裂纹(MSC)阶段进入物理短裂纹(PSC)阶段.PSC阶段,表面DESFC近似与轴向垂直,在微观结构干扰下不规则扩展;深度方向,逐步演变与柱状晶生长方向垂直,后期及长裂纹阶段倾向于与加载轴成45°.最后,试样沿与加载轴垂直方向瞬时断裂.这说明了疲劳短裂纹与长裂纹形态变化具有明显差异.     

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。     

国产A508-3钢在模拟AP1000一回路水环境下的疲劳性能研究

反应堆压力容器(RPV)钢在一回路水环境下的疲劳性能是评价其设计寿命的重要参数。本文针对国产A508-3钢开展了模拟AP1000一回路水环境的低周疲劳性能试验研究,获得了321℃、15.5 MPa及0.1 ppm溶解氧水环境下的疲劳行为数据和断裂机理。研究结果表明,国产A508-3钢峰值应力随应变幅的增大而逐渐增大,疲劳试验过程中试样表现出循环硬化、循环软化和饱和3个阶段;在应变幅由0.2%逐渐增加至0.6%的过程中,疲劳周次从10~5逐渐降低至10~2;疲劳断口具有疲劳和腐蚀特征,属于典型的腐蚀疲劳断裂。     

316不锈钢蠕变-疲劳试验及规范研究

为了研究316不锈钢在蠕变-疲劳交互作用下的影响,开展保载时间的蠕变-疲劳试验和两级加载蠕变-疲劳试验,后者包括先疲劳后蠕变和先蠕变后疲劳两种蠕变-疲劳交互试验。在上述三种试验数据基础上,对316不锈钢的蠕变-疲劳特性进行分析,并对ASME规范的适用性和安全性进行了评价。本研究对蠕变-疲劳试验、ASME规范应用、第四代反应堆高温结构材料的力学特性研究及相关的评定准则具有参考价值。     

国产A508-3钢在模拟AP1000一回路水环境下的疲劳性能研究

反应堆压力容器（RPV）钢在一回路水环境下的疲劳性能是评价其设计寿命的重要参数。本文针对国产A508-3钢开展了模拟AP1000一回路水环境的低周疲劳性能试验研究,获得了321 ℃、155 MPa及01 ppm溶解氧水环境下的疲劳行为数据和断裂机理。研究结果表明,国产A508 3钢峰值应力随应变幅的增大而逐渐增大,疲劳试验过程中试样表现出循环硬化、循环软化和饱和3个阶段;在应变幅由02%逐渐增加至06%的过程中,疲劳周次从105逐渐降低至102;疲劳断口具有疲劳和腐蚀特征,属于典型的腐蚀疲劳断裂。     

韧性材料裂纹尖端钝化理论和仿真研究

核电厂压力管道多采用高韧性材料。在外载荷作用下,高韧性材料裂纹尖端应力高度集中并产生塑性变形,使得裂纹尖端附近应力应变重新分布,引起裂纹尖端的钝化。基于弹塑性材料本构关系,采用1/4奇异单元离散裂纹前沿,在位移载荷控制下,仿真分析紧凑拉伸(CT)试样的钝化过程。在不同的位移加载下,研究CT试样钝化过程中硬化区大小以及断裂参数的变化规律。     

充氚不锈钢微观组织及断裂特征

采用力学拉伸实验测定充氚不锈钢的断裂强度值,采用拉伸断口进行SEM观察和正电子湮灭(PAT)分析,采用TEM动态拉伸实验观察和记录材料在微观断裂过程中的行为,通过对比分析氚对不锈钢断裂过程的影响。结果表明,高温充氚后,室温存放2a,样品中氚衰变产生的氦累积已达约30ppm;氚、氦使样品断裂强度降低,内部缺陷增多,正电子寿命变长。TEM观察未发现明显的氦泡组织;动态拉伸实验表明,充氚促进裂纹尖端位错的发射和增殖;HR-1、HR-2不锈钢微观断裂过程相似,可表述为氚致微裂纹的形核-形成微空洞-微空洞长大-空洞连接(断裂)。氚、氦使无位错区减小甚至消失。     

新锆合金碘致应力腐蚀性能研究

研究了再结晶状态的相同成分，不同织构取向的两块新锆合金板材在不同的实验条件下的抗碘致应力腐蚀性能。用直流电位降法动态监测裂纹的长度并对试样进行了织构的测定、第二相的观察和断口分析结果表明，在实验条件下，N18-2(L-T)抗碘致应力腐蚀的能力优于N18-1(T—L)断口形貌表明，在应力腐蚀裂纹的初始扩展阶段，断口沿晶开裂；在裂纹的稳态扩展阶段，以穿晶准解理扩展为主。     

国产316LN不锈钢在模拟AP1000一回路水环境中的疲劳行为

一回路水环境下的疲劳性能是核电站主管道设计寿命评估的重要参数。针对国产主管道材料316LN开展了模拟AP1000一回路水环境的低周疲劳试验,分析了疲劳行为和失效机理。研究结果表明:国产316LN峰值应力随应变幅的增大而增大,大应变幅试样在疲劳过程中先后发生了循环硬化、循环软化和失稳,而小应变幅试样在失稳前未发生明显的循环硬化和循环软化;在应变幅由0.2%逐渐增加至1.2%的过程中,疲劳周次从105逐渐降低至102;疲劳断口具有典型的疲劳断口特征,裂纹萌生于试样表面,以穿晶方式垂直于主应力方向扩展,裂纹扩展区具有典型的疲劳辉纹,辉纹上有菱形颗粒状腐蚀产物,环境辅助开裂机制倾向于氢致开裂。