16MnR缺口件疲劳启裂寿命的理论分析与试验研究

为了研究缺口形貌和加载条件对16MnR材料疲劳寿命的影响,进行了光滑圆棒试样和缺口圆棒试样的疲劳试验,得到了缺口件的疲劳启裂寿命和疲劳断裂寿命。通过用户子程序UMAT将16MnR材料的精确循环塑性本构关系嵌入到有限元件软件ABAQUS中,并结合多轴疲劳损伤准则,确定出1个加载循环在临界材料面上产生的疲劳损伤,进而通过理论模型预测缺口件的疲劳启裂寿命。疲劳启裂寿命的理论预测结果与试验数据相吻合,表明多轴应力状态下的缺口件疲劳启裂是所有不为0的应力、应变分量共同作用的结果。     

平均应变对0Cr18Ni10Ti钢随机循环应力-应变关系的影响规律

试验研究了平均应变对0Cr18Ni10Ti管道钢随机循环应力．应变关系的影响规律从节约试样和试验费用角度，提出了改进的极大似然疲劳试验法，以应变比分别为-1、-0．52、-0．22、0．029．0．18和0．48完成了104个试样的应变控制疲劳试验。揭示出材料具有Masing行为和完全平均应力松弛特征，现有平均应变理论无法表征其影响。因此．首先基于Ramberg-Osgood方程，应用广义极大似然法有效地测定出各应变比的材料随机循环应力-应变关系。通过比较各应变比的循环应力幅均值、循环应力幅均方差和概率循环应力幅，揭示出高可靠性管理时．平均应变具有降低循环应力幅作用，应变比接近0时最显著．偏离逐渐减弱，说明了研究平均应变效应．仅考虑均值．可能给出错误评价；必须综合考虑均值、均方差和样本量3因素才能给出合理评价。     

基于耦合损伤本构模型的508-3钢循环塑性变形模拟

基于耦合损伤本构模型开展了508-3钢在200℃下的循环累积塑性变形模拟研究。通过单轴拉伸和循环加载实验获得了试验数据并拟合确定了材料的损伤本构模型参数,然后利用该本构模型模拟了材料的单调加载变形行为和循环累积塑性变形行为。与经典Chaboche模型的模拟结果相比,耦合损伤的本构模型能更好地模拟508-3钢的单调拉伸行为、应变和应力控制循环软化变形行为,且模拟结果与实验数据吻合良好,为508-3钢制造的核电设备的累积塑性变形模拟奠定了基础。     

Zr-Sn-Nb薄片合金高温低周疲劳行为

采用Zr-Sn-Nb合金薄片漏斗试样,完成了室温和500℃高温下的低周疲劳试验,提出基于漏斗根部节点轴向应变的疲劳损伤等效假设。根据有限元分析,建立了Zr-Sn-Nb合金室温和高温下薄片漏斗试样测试应变到漏斗根部轴向应变的转换模型。结合低周疲劳试验结果,建立了在室温和500℃高温条件下用于估算Zr-Sn-Nb合金疲劳寿命的Manson-Conffin模型。结果表明:Zr-Sn-Nb合金具有循环稳定性;高温严重影响了Zr-Sn-Nb合金低应变幅下的疲劳寿命,随着应变幅的增加,温度影响趋弱。     

平均应变对0Gr18Ni10Ti钢随机循环应力-应变关系的影响规律

试验研究了平均应变对0Cr18Ni10Ti管道钢随机循环应力-应变关系的影响规律.从节约试样和试验费用角度,提出了改进的极大似然疲劳试验法,以应变比分别为-1、-0.52、-0.22、0.029、0.18和0.48完成了104个试样的应变控制疲劳试验.揭示出材料具有Masing行为和完全平均应力松弛特征,现有平均应变理论无法表征其影响.因此,首先基于Ramberg-Osgood方程,应用广义极大似然法有效地测定出各应变比的材料随机循环应力-应变关系.通过比较各应变比的循环应力幅均值、循环应力幅均方差和概率循环应力幅,揭示出高可靠性管理时,平均应变具有降低循环应力幅作用,应变比接近0时最显著,偏离逐渐减弱.说明了研究平均应变效应,仅考虑均值,可能给出错误评价;必须综合考虑均值、均方差和样本量3因素才能给出合理评价.     

N18合金薄壁管高温应变循环与疲劳行为研究

应用新型自研夹具对N18合金薄壁短管进行400℃下的单轴拉伸和等幅低周应变疲劳试验。试验结果表明：N18短管高温循环应力应变滞回线有良好对称性；等幅循环下短管试样在较低应变幅下表现出循环硬化特性，而在较高应变幅下表现出循环软化；在多级应变循环加载下短管试样应力幅在循环中均保持稳定，循环本构关系不受多级应变循环工况差异的影响；材料循环特性不符合Manson律。获得了用于N18合金在400℃高温下的几个寿命估算式。     

反应堆结构金属材料的拉伸真应力—应变曲线测定

本文分三部分:第一部分介绍一种能精确测出金属材料微量变形的夹式伸长计装置;第二部分叙述金属试样在拉伸弹塑性变形中的真应力-应变曲线的测定;第三部分叙述拉伸试样弹塑性变形进入缩颈状态后,为了求得真正单铀应力状态的应力而需要对实测的应力进行的修正.综合这三部分内容,可以得出拉伸试样直至破断的真应力-应变曲线.采用这些方法实际测定了一些常用的反应堆结构金属材料,其中包括三种结构钢、两种不锈钢和一种锆合金的拉伸真应力-应变曲线,并给出了各相应的拉伸性能指标.     

Zr-4合金小试样高温疲劳行为研究

基于Zr-4合金漏斗薄片小试样,完成了室温和400℃高温下的等幅横向应变循环与应变疲劳试验.根据弹塑性有限元分析,建立了基于局部应变等效的应变换算方法,并结合实验结果,得到了估算Zr-4合金应变疲劳寿命的Manson-Coffin模型.结果表明:低应变幅下,Zr-4合金表现出循环软化特征;高应变幅下,Zr-4合金表现出循环强化特征.高温严重降低了低应变幅下Zr-4合金的疲劳寿命,随着应变幅增加,温度影响趋弱.分析表明,基于传统应变转换公式的M-C模型用于估算疲劳寿命偏于保守.     

锆合金薄壁细管的单调拉伸与低周疲劳试验研究

利用自行研制的高温夹具完成了Zr-1Nb合金和Zr-4合金薄壁短管试样不同温度下的单调拉伸和375℃下的等幅低周疲劳试验,获得了两种锆合金的单调和循环本构关系及Manson-Coffin寿命估算模型。研究结果表明：Zr-1Nb合金和Zr-4合金的弹性模量、屈服强度、抗拉强度以及应变硬化程度明显下降。随着温度的升高,温度对Zr-4合金的应变硬化程度的影响逐渐减弱;应变速率对Zr-4合金的拉伸性能的影响微弱。在等幅应变循环过程中,Zr-4合金表现为循环硬化,应变幅越低,硬化现象越明显;Zr-1Nb在较低应变幅下表现为循环硬化特性,而在较高应变幅下表现为循环软化。相对于单调拉伸行为,Zr-4合金在不同温度下的循环行为均表现出明显的强化特性。     

316L不锈钢室温和高温单轴循环塑性流动特性分析

在316L不锈钢室温、高温单轴应变控制和应力控制下的系统循环试验结果基础上，对两种控制模式下循环过程中的塑性流动特性进行了定量分析。揭示和分析了循环就变幅值、平均应变、温度及其历史与应变循环下以及应力幅值、平均应力、温度及其历史与应力循环下塑性模量演变规律之间的关系和影响。研究中着重讨论了循环棘轮行为与塑性模量和累积塑性应变之间关系。研究表明，应变循环中塑性模量的演变规律明显不同于非对称应力循环，室温和高温下非对称应力循环中的棘轮效应由塑性模量和积累塑性应变的演变规律共同决定。     

304不锈钢在单轴应变棘轮变形下的随动硬化实验研究

对304不锈钢在室温下进行了单轴应变控制下的应变棘轮变形与失效以及低周疲劳试验研究,对材料在循环过程中材料的硬化行为进行了系统的揭示。在对称应变循环下,研究了不同应变幅值下弹性区尺寸和背应力演化规律;在给定工程应变幅值和循环棘轮应变增量组合的应变棘轮变形下进行了弹性区尺寸和背应力演化研究。观察到了各向同性硬化和随动硬化演化对加载历史的依赖性。     

基于微试样液压爆破法测试核压力容器用钢力学性能

微试样液压爆破法是一种可用于测试核压力容器辐照监督试样的微试样测试技术,该技术借鉴爆破片工作原理,对圆形薄片试样进行液压加压,使薄片鼓胀并爆破,在试验过程中记录载荷-圆薄片中心点位移曲线,通过曲线上的特征载荷以及试样变形关联材料常规拉伸性能。通过比较不同的近似解析法得到了适合于该型微试样试验技术的屈服强度、抗拉强度的计算方法,在上述研究的基础上对核电常用材料国产A508进行了液压爆破试验,得到了材料的强度特性,与常规单轴拉伸数据高度吻合。     

304不锈钢的单轴棘轮变形与失效行为研究

对304不锈钢在室温下进行了单轴应变控制下的应变棘轮变形与失效以及低周疲劳试验研究,系统地揭示了材料在循环过程中的材料变形与失效行为。研究表明：材料的应变棘轮变形与失效既不同于单轴拉伸,也不同于相同应变幅值下的对称应变循环加载时的变形与失效,而是强烈地依赖于应变幅值与每一循环周次在最大拉应变处的应变增加量。观察到了一些有意义的结果,     

晶粒尺寸及应变率对金属铀压缩行为的影响

采用两种晶粒尺寸的金属铀试样进行了准静态及Hopkinson动态压缩实验,获得了金属铀的静、动态压缩应力-应变曲线,结合“应变冻结”实验和金相观测结果,分析了晶粒尺寸及应变率对金属铀压缩行为的影响。结果表明：在变形初期金属铀的主要变形机制为孪生,而晶间协调及晶粒破碎是变形后期的主要机制;晶粒越大,孪生在变形过程中的贡献越大,材料强度越低;两种晶粒尺寸的金属铀均具有显著的应变率效应,应变率越高,变形过程中启动的孪晶系越少。最后利用经验本构模型对实验结果进行了拟合,模型预测结果与实验结果吻合很好。     

Zr—4合金管环向性能测试研究

采用对开式拉伸法（ＮＯＬ环法），对反应堆中常用构件Ｚｒ－４合金薄壁细管，在不同温度条件下进行了环向拉伸试验。通过对拉伸曲线的修正和炉内试样颈缩处承载面积的确定，得到了Ｚｒ－４合金管在不同温度条件下，环向拉伸的真应力－真应变关系及强度、塑性指标。     

基于一元应力参量的钛合金T225NG单轴棘轮演化模型研究

基于T225NG钛合金的单轴常温棘轮试验，本文研究了峰值棘轮应力对T225NG钛合金棘轮应变的影响。试验结果表明，常温单轴应力循环条件下材料棘轮应变随峰值棘轮应力的变化关系为一簇类线性的变化曲线，存在常值棘轮应力门槛值，峰值棘轮应力与该门槛值的关系可决定材料是否产生棘轮变形。由此，建立了一套一元应力能量控制的T225NG钛合金棘轮应变演化模型。该模型建模容易，适合棘轮应变预测的工程应用。     

Zr－4合金管环向性能测试研究

采用对开式拉伸法（ＮＯＬ环法），对反应堆中常用构件Ｚｒ－４合金薄壁细管，在不同温度条件下进行了环向拉伸试验。通过对拉伸曲线的修正和炉内试样颈缩处承载面积的确定，得到了Ｚｒ－４合金管在不同温度条件下，环向拉伸的真应力一真应变关系及强度、塑性指标。     

0Crl8Ni10Ti管道钢的随机循环本构模型

通过完成增量步应变控制疲劳试验，研究了新管道钢0Cr18Ni10Ti的随机循环本构关系．试验验证了以前在焊缝金属试验中的发现与推断，即工程材料的循环本构存在随机性．与循环应变-寿命关系的随机性一样，是固有的疲劳现象。拓展以前赵等人的工作(Nucl．Eng．Des．，2000，199(3)：315-326)．基于Ramberg-Osgood方程及其修正形式．提出了任意存活概率和置信度的随机循环本构模型及参数的求解方法．模型包括存活概率．应变．寿命曲线、置信度．应变．寿命曲线和存活概率-置信度-应变-寿命曲线试验数据分析验证了模型的有效性和实用性。     

N18锆合金的单轴拉伸和应力松弛性能

本工作试验研究20~700℃、不同应变加载速率下N18锆合金的单轴拉伸和应力松弛性能。结果表明,N18合金的单轴拉伸应力-应变曲线出现明显的屈服拐点,且温度低于500℃时呈现后继屈服强化,高于500℃后又呈后继屈服软化。除横向试样的断面收缩率高于轧向试样外,试样取向对N18合金的单轴性能影响不大。温度低于300℃时,N18合金的应变速率敏感性受温度的影响不大;350℃时,N18合金的敏感系数达到最小值,其后,对应变速率的敏感性随着温度的升高逐渐增强。N18合金在不同温度和应变水平下均产生明显的应力松弛。在300℃以内,最大应力松弛程度受温度影响较小,且随应变水平的增大明显降低;在350~550℃范围内,应变水平越高,对应的最大应力松弛程度越大;N18合金的最大松弛程度在350℃附近出现最小值。在350~450℃范围内,N18合金表现出明显的动态应变时效特性。     

0Cr18Ni10Ti管道钢的随机循环本构模型

通过完成增量步应变控制疲劳试验,研究了新管道钢0Cr18Ni10Ti的随机循环本构关系。试验验证了以前在焊缝金属试验中的发现与推断,即工程材料的循环本构存在随机性,与循环应变-寿命关系的随机性一样,是固有的疲劳现象。拓展以前赵等人的工作(Nucl. Eng. Des., 2000, 199(3): 315-326),基于Ramberg-Osgood方程及其修正形式,提出了任意存活概率和置信度的随机循环本构模型及参数的求解方法。模型包括存活概率-应变-寿命曲线、置信度-应变-寿命曲线和存活概率-置信度-应变-寿命曲线。试验数据分析验证了模型的有效性和实用性。