锆合金包壳表面抗氧化涂层研究进展

锆的热中子吸收截面低,具有优异的耐腐蚀性和较高的熔点（1852℃）,因而在核燃料包壳管中被广泛应用。在日本核电站意外爆炸发生后,耐事故燃料（ATF）受到广泛关注,一种在锆合金表面制备涂层的方法因具有很高的经济性而被广泛研究。文中介绍了锆合金包壳表面涂层的抗高温氧化性能的研究现状,分析了近年来使用的金属、陶瓷、MAX相涂层对锆合金表面抗氧化性能的影响,指出Cr基涂层更有应用前景。     

核燃料包壳锆合金表面吸氢开裂行为的研究进展

锆(Zr)及其合金因其在高压/高温水环境中的力学和化学性能、高剂量中子辐射下的结构稳定性和中子透明度,而被广泛用于核燃料包壳材料及其他核反应堆的重要结构材料.福岛核事故后,锆合金的腐蚀和吸氢行为成为耐事故核燃料包壳材料的重点研究方向之一.文中概述了锆合金氢化物的形成,并综述了3个因素对氢在锆合金中固溶度的影响,以及锆合...     

事故容错锆合金包壳涂层材料研究进展

2011年日本福岛核事故中,反应堆堆芯中的锆合金包壳与高温水蒸气剧烈反应,释放出大量氢气和热量,最终造成堆芯熔化和氢气爆炸,对社会和环境造成了巨大的负面影响。至此之后,满足反应堆更高安全裕量设计要求的新型耐事故燃料包壳成为了新的研究热点,锆合金表面涂层作为提高核燃料包壳事故容错能力的重要途径之一,可有效解决失水事故下锆水严重反应的问题,具有经济性好、易于实现商业化等优点。综述了近年来国内外核燃料包壳锆合金表面涂层的研究现状,重点阐述了涂层的制备工艺、材料种类、组织结构以及应用性能间的关系。研究内容为耐事故容错锆合金表面涂层技术的发展提供了重要参考。     

锆合金包壳的碘致应力腐蚀研究

碘致应力腐蚀开裂被普遍认为是引起锆合金包壳与芯块之间相互作用失效的原因。本文拟就影响碘致应力腐蚀开裂的主要因素和开裂机理作一简要综述。     

新锆合金包壳的碘致应力腐蚀研究

研究了应力腐蚀裂纹生长与碘浓度、温度及晶粒尺寸的关系，利用直流电压降测量裂纹长度的方法，对不同成分和不同取向的新锆合金，在不同的碘浓度和温度下进行了应力腐蚀裂纹生长的监测试验，并对应力腐蚀断口形貌进行了观察。结果表明：对于同种材料在相同的碘浓度下，随着温度的升高，裂纹的扩展速率加快。对于同种材料在相同的温度下，在饱和碘浓度前，随着碘浓度的增大，裂纹的扩展速率加快，达到饱和碘浓度时，对裂纹扩散速率的影响不大。晶粒尺寸大小对裂纹扩展速率也有影响。     

氢化物对锆合金薄板焊缝断裂行为的影响

锆合金被广泛应用于反应堆的燃料管包壳材料,当服役过程中锆合金的力学性能改变时,对其力学性能完整性的评估至关重要。基于小尺寸三点弯曲试样,建立锆合金薄板焊缝的断裂韧度测试方法,完成腐蚀渗氢后锆合金焊缝在室温和360℃下准静态断裂韧度试验,分析氢腐蚀和温度对锆合金焊缝断裂性能的影响。研究结果表明,氢腐蚀和温度均能对锆合金焊缝断裂性能产生显著影响,由于高温条件下聚集在裂尖附近的氢化物溶解,使得360℃下锆合金渗氢焊缝断裂韧度较室温下的断裂韧度有显著提升。     

锆基合金包壳管保护涂层的材料、制备及特性

锆合金包壳管上制备保护涂层的主要目的是提高锆合金包壳在正常和事故中运行的可靠性和安全性。简述了锆基合金在核设施中的使用情况及锆合金自身特性,介绍了制备锆合金包壳保护涂层所使用的硅基,铬、铝基等不同材料及PVD、冷喷涂等涂层制备方法,并结合一些常规的机械性能评价及腐蚀和高温蒸汽氧化试验,分析了通过不同材料及制备方法制作的涂层的特性。指出了金属和陶瓷材料涂层在应用中所面临的挑战。最后根据锆合金包壳涂层的应用场景,总结出涂层所需的几点特性。     

铝合金薄壁方管轴向冲击变形及断裂行为研究

对6016铝合金进行单向拉伸试验,分析不同应变速率对铝合金力学性能的影响,建立了6016铝合金Johnson-Cook本构模型及其断裂应变模型,并对铝合金薄壁方管轴向冲击载荷下的吸能特性进行分析,研究铝合金方管的壁厚、长度和冲击速度对其吸能特性的综合影响。结果表明,铝合金流动应力对应变率敏感性较低,但断裂应变对应变率具有一定的敏感性。在轴向冲击载荷下,铝合金薄壁方管出现渐进屈曲变形,具有较好的吸能特性。但随着厚度、长度和冲击速度的增加,铝合金方管容易出现混合变形模式,吸能特性有所降低。     

低高径比锆基非晶合金试样的室温压缩断裂行为

利用万能试验机及扫描电镜等研究了Zr41.25 Ti13.75Ni10Cu12.5Be22.5大块非晶合金的室温低高径比压缩变形和断裂行为.结果表明:Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金低高径比试样压缩以弹性变形为主兼有少量塑性变形,表现出加工硬化行为,抗压强度达2 031 MPa;试样断裂面与载荷轴线之间的夹角有0°,39°～43°和90°三种类型;其变形、断裂都是以剪切方式进行,呈现出劈裂、剪切和分层三种形式;此非晶合金低高径比试样压缩变形与断裂特征表现出的多样性缘于在该条件下存在着复杂应力场.     

含裂纹石墨管振动研究

利用断裂力学和振动力学理论,借助有限元方法,研究含半椭圆裂纹石墨换热管的振动特性.首先,通过C 编程实现了对环形截面裂纹应力强度因子的积分运算,导出含裂纹梁单元的刚度矩阵,继而用Matlab计算了含裂纹管的振动特性.对列管式换热器的振动监测与诊断研究具有一定的参考意义.     

蒸汽发生器含轴向裂纹传热管的失效压力分析

运用有限元法计算了含轴向表面裂纹传热管的失效压力,拟合了计算公式,并根据计算结果分析了失效压力随裂纹几何尺寸变化的规律,最后与有关经验公式进行了比较分析。     

水流作用下含轴向裂纹悬空管道数值分析

合理划分缺陷周围有限元网格,并计算裂纹位置、跨度、裂纹所处角度对管道应力分布的影响,确定后续研究中使用的裂纹位置,跨度和裂纹角度。以此为基础分析裂纹尺寸、管道内压力和管道外部水流绕流所产生的激振力对管道应力和疲劳寿命的影响。结果表明,水流作用下含轴向裂纹悬空管道,水流激振力对管道峰值应力和疲劳寿命影响最大。     

含共线裂纹功能梯度材料断裂问题分析

应用分层原理分析了具有不同弹性模量含共线双裂纹的功能梯度材料断裂问题。通过积分变换得到嵌入功能梯度材料裂纹的应力场和位移场,结合边界条件、连续条件及单个裂纹的应力场和位移场,将求解该裂纹问题转化为求解奇异积分方程组。通过求解奇异积分方程组得到裂纹的应力强度因子。最后针对材料弹性模量和裂纹几何参数对应力强度因子的影响进行了探讨。结果表明材料弹性模量分布形式对裂纹的应力强度因子影响显著,该结果可为功能梯度材料制备及材料设计等提供理论依据。     

N18锆合金单轴拉伸行为研究

在室温～700℃温度范围内对N18锆合金板材进行恒应变速率的单轴拉伸试验。结果表明,合金的屈服强度、抗拉强度、弹性模量、强化系数、最大均匀塑性变形量和应变强化速率均随温度的上升而逐渐下降;断面收缩率和颈缩变形量随温度的升高而不断增加;在300℃～500℃温度范围内,伸长率出现最小值,强化指数出现最大值,强度和应变强化速率呈现一定的变缓趋势,这些现象表明,合金材料在温度影响条件下出现动态应变时效现象;此外,不同加载方向(即横向和轧向)对合金拉伸力学行为产生不同的影响。     

含均布多轴向表面裂纹厚壁圆筒结构安全性评价

轴向表面裂纹对受内压厚壁圆筒结果的安全具有很大的影响.在分析含均布多轴向表面裂纹厚壁圆筒裂纹数目对尖端应力强度因子影响规律的基础上,对外径相同、含均布多轴向表面裂纹厚壁圆筒及以裂纹尖端到厚壁圆筒中心距离为内径厚壁圆筒在受相同内压情况下的最大周向应力进行了对比分析,结果表明:厚壁圆筒裂纹尖端应力强度因子随裂纹数目的增加而逐渐减小并趋于一恒定值,应力强度因子随裂纹数目的减小只是裂纹扩展速度或扩展可能性的减小,含裂纹厚壁圆筒的最大周向应力在N=2时最大,且当N≥2时随着裂纹数目的增加而减小,但仍大于等效减薄厚壁圆筒的最大周向应力,厚壁圆筒的安全性仍小于以等效减薄后的光滑厚壁圆筒.     

带轴向表面裂纹海洋管道的断裂计算与可靠性评估

针对带轴向表面裂纹海洋石油管道,利用权函数方法,给出计算裂纹前沿应力强度因子的积分表达式,进而导出满足工程精度要求的应力强度因子的实用计算公式.在断裂分析的基础上,基于概率统计理论,采用极限分析方法为带裂纹海洋石油管道建立断裂可靠性评估方法,给出断裂失效概率和可靠度的计算公式,并给出典型算例的数值计算结果.     

含角裂纹剪切型橡胶减振垫的断裂分析

通过非线性有限元方法对橡胶材料分别采用Neo-Hookean及Mooney两种本构模型的橡胶层含角裂纹的剪切型橡胶减振垫进行数值分析.分别给出减振垫切向刚度与撕裂能随不同裂纹尺寸的变化关系,并对两种模型的切向刚度以及撕裂能进行比较.对受剪切载荷作用的减振垫在含不同深度橡胶层斜角裂纹的情况进行了分析.给出含斜角裂纹减振垫的切向刚度和撕裂能随着相对裂纹深度的变化情况.分析了不同载荷以及不同裂纹尺寸的减振垫的撕裂能变化.     

含裂纹板断裂韧度厚度效应的理论研究

从理论角度对断裂韧度厚度效应进行研究。在线弹性断裂力学与含裂纹板的二维位移场的基础上，给出分离变量型的具有待定函数的三维位移场的表达式，进而通过几何方程与物理方程获取三维应变场和三维应力场。进一步，通过虚位移原理，使用变分方法建立待定函数所应满足的支配方程与边界条件，从而确定待定函数。基于上述分析，建立一个断裂韧度与试样厚度关系的理论表达式。最后通过两种试验材料LY12CZ（L-T）与TC4（L-T）进行验证。     

含裂纹U形管的动态特性分析

基于有限元程序研究了裂纹方向、尺寸和深度对蒸汽发生器U形传热管振动特性的影响,以及内压和不同裂纹与内压共同作用下U形管的动态特性。分析结果表明,非穿透裂纹对U形管振动特性的影响可以忽略,环向裂纹长度达到一定值后U形管固有频率会降低;内压使得无裂纹U形管固有频率升高,且裂纹的存在不会改变内压对U形管动态特性的影响模式。     

内壁含轴向半椭圆裂纹压力容器热弹塑性效应数值分析

基于固体材料的热弹塑性效应,采用单向耦合数值分析方法,对内壁含有轴向半椭圆裂纹压力容器在单调递增载荷下的热弹塑性效应进行了数值分析,得到了含裂纹缺陷压力容器在内压载荷作用下的应力应变分布及演化特点,获得了裂纹前缘以及与之相邻的压力容器筒体外壁节点温度分布及变化规律。结果表明,裂纹最深处的应力集中较裂纹前缘其他区域更为明显,且裂纹长度和深度都对裂纹区域以及与之相邻的筒体外壁区域的温度变化产生影响。当裂纹较小时,外壁面温度不连续范围较窄,甚至难以通过温度不连续性来判明裂纹缺陷的存在;当裂纹较大时,外壁面的温度不连续范围较广,但温度变化最大的区域始终位于与裂纹面毗邻的筒体外壁区域。所得结论可为压力容器内壁半椭圆裂纹缺陷的红外无损检测提供参考。