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。     

OCr18Ni1OTi管道钢的随机循环应变-寿命关系

试验研究了管道钢OCr18Ni1OTi的随杨循环应变-寿命关系。基于Coffin-Manson方程，提出了考虑了任意存活概率和置信度的随机CSL关系的模型及参数的求解方法模型由概率-应变-寿命曲线、置信度-寿命曲线和概率-置信度-应变-寿命曲线组成，分别用于表征试验数据分散性规律、数据量以及两者同时对概率评价的影响。试验数据的分析结果验证了模型的有效性和实用性。     

0Cr18Ni10Ti管道钢的随机循环应变-寿命关系

试验研究了管道钢0Cr18Ni10Ti的随机循环应变-寿命关系。基于Coffin-Manson方程,提出了考虑了任意存活概率和置信度的随机CSL关系的模型及参数的求解方法。模型由概率-应变-寿命曲线、置信度-应变-寿命曲线和概率-置信度-应变-寿命曲线组成,分别用于表征试验数据分散性规律、数据量以及两者同时对概率评价的影响。试验数据的分析结果验证了模型的有效性和实用性。     

16MnR钢焊接头概率循环应变-寿命模型的综合分析

对16MnR钢焊接头概率循环应变一寿命模型作了综合分析。综合利用不同试验条件下的试验数据,提出了合理的材料与结构概率设计分析曲线。模型用概率三参数幂指数模型表征,同时考虑了试验数据分散性和样本量对概率评价的影响,包含了存活概率曲线、置信度曲线和两者融合曲线,可为工程实践提供广泛的选择性。作为比较,相应给出了16MnR钢母材的各曲线参量。     

结构材料常规疲劳数据库开发

开发了反应堆结构材料常规疲劳数据库管理系统，库中包含了常规疲劳设计分析曲线参量，即应力－寿命、概率－应力－寿命、应变－寿命、概率－应变－寿命、循环应力－应变及概率－循环应力－应变曲线参量，以及相关材料和试验条件信息。可通过材料名称或机械性能区间指标查询。根据查询结果，可进行常规疲劳设计分析与评价或常规疲劳可靠性设计分析与评价。     

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。     

平均应变对0Cr18Ni10Ti管道钢随机应变-疲劳寿命关系的影响规律

试验研究了平均应变对0Cr18Ni10Ti管道钢随机应变-寿命关系的影响规律从节约试样和试验费用角度,采用改进的极大似然疲劳试验法,应变比分别为-1、-0．52、-0．22、0．029、0．18和0．48的条件下,完成了104个试样的应变控制疲劳试验在材料具有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情况下,首先基于Coffin—Manson方程,应用广义极大似然法有效地测定出各应变比下材料的随机应变-寿命关系．通过比较各应变比下疲劳寿命均值、对数疲劳寿命均方差和概率疲劳寿命,揭示出0Cr18Ni10Ti管道钢高可靠性时,应变比大于0有大约1．3-1．6的正面效应,小于0为负面效应现有平均应变效应研究仅考虑疲劳寿命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。     

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。     

1Cr_(18)Nl_9Ti钢的低周疲劳特性研究

通过对:Cr_(18)Ni_9Ti钢的低周疲劳循环试验,进行了试验结果的回归分析研究,给出了轴向总应变与循环寿命,以及总应变与循环至发生工程裂纹寿命的关系。     

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。     

考虑温度效应的钛合金钢低周疲劳行为研究

完成了在室温与３５０℃高温下国产新材料Ｔ４２ＮＧ和Ｔ２２５ＮＧ钛合金钢的拉伸与低周疲劳系列试验研究，获得了四个单调Ｒ－Ｏ本构模型和四个Ｍ－Ｃ寿命估算模型。以这些模型为基础，系统地研究了材料的循环强化与软化规律，研究了温度系数λσ、λ△σ和λＮｆ对材料静强度、循环强度和低周疲劳规律的影响效应。根据温度对寿命的影响系数λＮｆ与应变幅△ε／２呈线性规律这一重要发现，提出考虑了温度效应、用于高温低周疲劳寿     

循环稳态或单调态下薄片小试样应力-应变关系试验方法

针对金属薄片沙漏试样，基于能量密度等效，提出了薄片小试样的弹塑性位移-载荷关系理论方程和等效应力、等效应变理论方程，进而提出了金属薄片沙漏试样循环稳态或单调态下的等效应力-等效应变关系试验方法。本文针对40种本构关系有限元分析预设材料和6种几何尺寸的沙漏试样完成了有限元分析，针对5种合金材料和2种几何尺寸的沙漏试样进行了单调拉伸和变幅对称应变循环试验，以及标准圆棒试样拉伸和变幅对称应变循环试验。结果表明，采用本文试验方法预测的材料单轴应力-应变关系与预设本构关系密切吻合，稳态对称循环下应力-应变关系与标准圆棒试样单轴拉伸及单轴循环试验结果吻合良好。     

有限数据下结构疲劳可靠性设计曲线的统计模型

提出了有限数据下确定反应堆结构疲劳可靠性设计S－N曲线的统计模型，该模型置信度－存活率概率－强度－寿命（C－P－S－N）曲线来表示考虑了常规P－S－N曲线预测结果的可信性，应用线性回归统计分析原理，将置信度引入到常规P－S－N曲线中，从而得到C－P－S－N曲线。1Cr18Ni9Ti不锈钢管道焊接缝金属材料试验数据分析结果说明了模型的合理性和可用性，同时还说明了有限数据下常规P－S－N曲线偏于危险。     

多轴疲劳模型对比研究及其在核电结构热疲劳寿命预测中的应用

压水堆核电站余热排出系统冷热水混合区管道发现的热疲劳问题影响核反应堆的安全。本文通过一种采用单轴疲劳试验数据拟合疲劳寿命曲线，进而用于预测多轴疲劳寿命的分析方法，基于文献中的疲劳试验数据，对Dang Van模型、Matake模型和Fatemi-Socie模型进行了余热排出系统冷热水混合区管道材料304L不锈钢疲劳寿命预测结果的对比研究。基于余热排出系统冷热水混合区管道的三维简化有限元模型，分别应用Dang Van模型、Matake模型和Fatemi-Socie模型对管道热疲劳寿命进行了预测，并与试验结果进行了对比验证。研究结果表明，基于应变（含平均应力修正）的Fatemi-Socie模型比较适用于304L不锈钢的疲劳分析，其热疲劳寿命预测结果相对Dang Van模型、Matake模型较合理。     

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.     

织构对Zr-4合金循环变形行为的影响

研究了织构对Zr-4合金循环变形行为的影响及其作用机制。结果表明，(1)合金的低周疲劳寿命遵循Coffin—Manson关系N^(β)f△εpC。在给定△εp时，轧向的寿命比横向的长。随△εp的降低，两个方向的疲劳寿命差别增大；(2)在低应变幅，合金表现为循环软化直至疲劳破坏在高应变幅，循环变形的初期表现为循环硬化，随后是循环软化直至疲劳破坏在应变幅恒定时，随着循环次数的增加，晶粒发生转动，使晶粒有更高的Schmid因子；(3)半寿命时的σs随εp的变化遵循乘幂关系σs=K^sε(^n^s),σid随σp的变化则遵循对数关系σid=K^blnεp Cb；(4)轧向和横向之间循环变形行为的差别是由于织构效应的缘故。     

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.     

确定不锈钢管道焊缝金属随机循环应力幅良好统计模型的方法

应变控制疲劳试验揭示了要核工程材料1Cr18Ni9Ti不锈钢焊缝金属的循环应力－应变响应存在较大的分散性,现有的定性分析可能给出偏于危险的结果。考察这一分散性和常7种统计分布对试验数据的总体拟合效果、与疲劳失效机制的一致性和设计分析结果的安全性,提出了确定循环应力幅良好统计模型效率概率试验值与理论值的相关系数来评价;与疲劳失效机制的一致性按照给定总应变下失效率随循环应力幅增加而增加的原则,根据各分布统计参量的失效率曲线来判断;设计分析结果的安全性通过识别统计分布尾部失效概率预测误差的变化趋势来进行。     

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。     

小样本核机械设备可靠性寿命预测方法综述

核机械设备中有一些是小批量或单件生产,从经济上和技术上来讲,其寿命很难采用整机试验的办法进行确定。但机械零(构)件的寿命可以用理论分析与材料试验相结合的方法预测,这是整机寿命预测的一条途径。机械零(构)件的寿命由裂纹形成时间(即疲劳寿命)和裂纹扩展寿命两部分组成。总结了机械寿命预测方法(包括疲劳损伤寿命计算和裂纹扩展寿命计算),重点在于用理论分析的方法来代替大量的实物试验这一类方法。同时还阐述了考虑工程实际中各参量的随机性求可靠性寿命的预测方法与步骤。并指出了当前机械寿命预测的最新进展与发展方向。