异种金属焊接接头弹塑性裂纹扩展探究

针对含缺陷核电关键构件的裂纹扩展情况,以核电一回路安全端异种金属焊接接头为研究对象,建立了含预制裂纹的"三明治"材料模型,并基于扩展有限元法对焊接接头不同位置的裂纹扩展情况进行了详细对比分析。结果表明,裂纹扩展过程可分为3个阶段,且总是偏向向屈服极限较小的一侧扩展。研究结果可为含裂纹核电关键构件的剩余使用寿命评估提供依据,为后续研究及工程应用提供参考。     

成形系数及强度组配对焊缝区裂尖力学特性的影响

为了解镍基合金焊接接头焊缝成形系数及强度组配对裂纹尖端力学特性的影响,借助有限元数值模拟手段,分析了焊缝成形系数及不同组配条件下裂纹尖端力学特性。低组配下,裂尖Mises应力、等效塑性应变及J积分均随着成形系数的增大而增大;等组配下,裂尖力学特性不变;高组配下,裂尖Mises应力、等效塑性应变及J积分均随着成形系数的增大而减小。随着组配比的增加,裂尖Mises应力随之增加,裂尖等效塑性应变和J积分逐渐减小。研究结果表明,强度组配对裂尖力学特性有较大的影响,焊缝成形系数对裂尖力学特性影响较小。     

一次超载对核电管道裂纹尖端力学场的影响分析

针对水锤冲击作用引起的一次超载对核电一回路管道内表面裂纹的影响,本研究以AP1000核电一回路管道为研究对象,利用ABAQUS有限元软件对一次超载作用下的管道裂纹进行有限元计算,得出裂纹在一次超载后裂尖力学场的变化。结果表明,超载在裂纹前缘造成小范围屈服而产生压缩残余应力,导致裂纹前缘张开应力减小,拉伸塑性应变增大,一次超载引起裂纹前缘的残余压缩应力使得裂纹扩展阻力增大,对裂纹扩展有迟滞作用。     

氧化膜厚度对应力腐蚀裂纹尖端蠕变的影响

针对应力腐蚀开裂裂纹尖端的基体金属在高应变条件下发生的蠕变现象,采用有限元软件ABAQUS对高温水环境下合金600含氧化膜的应力腐蚀开裂裂纹尖端的高应力状态进行了数值模拟,并对裂纹尖端的力学场分布规律及氧化膜厚度对基体材料蠕变的影响进行了分析。结果表明:蠕变后,基体金属裂尖应力值减小,应变值会增大;氧化膜越薄,基体金属裂尖区域的蠕变量越大;高蠕变区域主要分布在与裂纹扩展方向线垂直的方向上,裂纹会沿氧化膜破裂方向扩展。本研究为准确预测核电关键结构材料应力腐蚀开裂裂纹的扩展速率奠定了一定的基础。     

扩展初始角对镍基合金焊接过渡区裂纹应力腐蚀行为的影响

焊接接头过渡区的复杂成分分布和材料性能梯度都会改变裂尖的力学状态,进而影响接头的应力腐蚀开裂行为。为了对镍基合金焊接过渡区的应力腐蚀裂纹扩展行为进行准确预测,利用ABAQUS软件对不同扩展初始角裂纹尖端的应力应变及扩展驱动力进行了分析,研究结果表明:裂纹扩展到达熔合线边界后会停止扩展;若扩展驱动力足够大,裂纹会发生偏折,转为沿熔合线边界在镍基合金焊缝内扩展;有限元分析的结果与实验结果一致。     

焊接结构裂纹扩展分析的无网格和水平集耦合方法

针对焊接结构由于初始裂纹的存在而导致裂纹扩展,降低结构承载力,危及结构使用安全的问题,提出了分析有初始裂纹焊接结构的裂纹扩展及其扩展路径的无网格和水平集耦合方法。先建立焊接结构的无网格模型,将节点划分为常规节点、阶跃扩展节点和裂尖扩展节点; 然后采用移动最小二乘法计算近似函数,得到结构的位移场及应力场; 最后采用相互作用积分法求解应力强度因子,将最大周向应力准则作为失效准则计算开裂角,获得焊接结构的裂纹扩展路径。裂纹几何形状采用水平集法描述,裂尖位置采用在裂尖处相互正交的波前水平集函数和裂尖水平集函数定位,裂纹扩展路径跟踪采用水平集更新算法实现。以焊接节点为环状形式截面且存在初始焊接裂纹为研究对象,编制了基于所提方法的裂纹扩展程序。结果表明:采用所提方法分析焊接结构裂纹扩展计算得到的应力场光滑且协调,无需进行后处理,避免了有限元计算裂纹扩展时网格畸变和扭曲,提高了传统无网格法的精度和效率,实现了对裂纹扩展路径的准确跟踪。     

双轴压缩试验下岩石裂纹扩展的离散元分析

基于颗粒离散元理论,研究含2条预制裂纹的Hwangdeung花岗岩在双轴压缩试验下的裂纹扩展及破坏模式。研究结果表明：围压对岩石裂纹扩展及破坏模式有显著影响;水平预制裂纹对倾斜预制裂纹的保护作用随着围压的增大而增强;且倾角越大,水平预制裂纹的保护作用越明显;当预制裂纹倾角α≤75°时,试验停止时微裂纹数目随围压的增加而增大;而当预制裂纹倾角α=90°时,微裂纹数目先增大后减小;试样的起裂应力都随着围压的增加而增大(除α=75°);试样的峰值强度也均随着围压的增大而增大;预制裂纹倾角不同,围压对试样的起裂应力和峰值强度的影响程度不同;相同围压下,不同预制裂纹倾角试样的起裂应力和峰值强度的大小关系无明显规律,而与其具体破坏模式有关;整体来看,当预制裂纹倾角α=60°时,围压对岩体力学特性影响最大。     

E60-B3等级材料焊接SA-335P91和12Cr1MoVG异种钢接头组织及性能

采用E60-B3等级焊接材料对SA-335P91和12Cr1MoVG异种钢进行焊接试验,研究焊接接头的微观组织、常温力学性能和高温力学性能。结果表明,常温状态下焊接接头拉伸、弯曲和冲击等力学性能均满足要求;在520~600℃的高温状态下,焊接接头的高温屈服强度高于两侧母材的屈服强度;焊接接头的焊缝组织主要为贝氏体+铁素体,但在SA-335P91侧焊缝区域呈现出宽度为200~260μm的带状铁素体,带状的铁素体组织将导致接头的高温蠕变性能降低,影响焊接接头的高温服役寿命。     

共线裂纹在三轴压缩下断裂破坏特征的试验研究及数值分析

采用真三轴加载装置,试验研究了共线裂纹倾角和侧压力对试件强度和裂纹扩展规律的影响。试验所用材料为水泥砂浆,试件为带有预制贯穿共线裂纹的方形平板。同时为了定性地解释试验结果,采用了ABAQUS软件进行了数值模拟研究,试验和数值模拟结果相吻合。研究结果表明:裂纹倾角对于试件的强度有显著影响,大约在45°时其强度最低;围压对于试件的抗压强度具有显著的影响作用,其抗压强度随着围压的增大而增大,在低围压作用下次生裂纹从原始预制裂纹的尖端以较大的起裂角开始扩展,而高围压下裂纹的扩展更容易以平行于轴方向扩展。     

含预制椭圆形孔洞大理岩变形破坏力学特性试验研究

通过对含预制椭圆形孔洞板状大理岩试样进行单轴压缩试验,研究椭圆长短轴比m及倾角?对大理岩力学特性的影响,并借助数字图像相关技术(DIC)记录并分析试样的变形破裂过程。研究发现,含椭圆形孔洞试样的峰值强度、弹性模量和起裂应力水平都随倾角的增大而增大,且对倾角和长短轴比的变化都有不同的敏感性,其中峰值强度对倾角变化的敏感程度随长短轴比的增大而增大。含椭圆形孔洞试样的最终破坏模式随倾角的增大可分为拉–剪混合破坏和剪切破坏2种,而孔洞长短轴比的变化对裂纹搭接及岩样破坏形态的影响较小。含椭圆形孔洞岩样在峰值前后的变形破裂特征能够通过观测试样表面应变场得到清晰地表征,其中局部高应变区预示着裂纹的起裂和扩展。基于局部化特征,提出一种含孔洞缺陷岩石起裂应力的测量方法,当含椭圆形孔洞试样起裂应力水平达到39.83%～76.18%时,试样处于拉伸裂纹临界起裂状态。