核電結(jié)構(gòu)材料裂尖蠕變特征和環(huán)境致裂定量預測模型研究.pdf

1、奧氏體不銹鋼和鎳基合金在核電站高溫水環(huán)境中的環(huán)境致裂(EAC)行為嚴重威脅著核電站的安全，準確預測EAC裂紋擴展速率(CGR)已成為核電安全評價的關(guān)鍵問題之一。為了獲得EAC裂紋擴展速率，本文采用理論分析和有限元結(jié)合的方法，研究了裂尖蠕變力學特征，建立了基于裂尖蠕變與膜破裂的核電結(jié)構(gòu)材料EAC裂紋擴展速率定量預測模型。主要研究內(nèi)容有：
　　（1）以滑移溶解理論和Ford-Andresen模型為基礎(chǔ)，根據(jù)裂尖蠕變主導裂尖鈍化膜破裂的

2、思想，重新詮釋了裂尖鈍化膜的破裂機理及 EAC裂紋擴展歷程，推導建立了以裂尖蠕變率為主要力學參量的EAC裂紋擴展速率定量預測模型。
　?。?）采用理論分析與數(shù)值計算結(jié)合的方法，得到了裂紋擴展速率與裂尖電化學參量之間的關(guān)系，結(jié)果表明裂紋擴展速率與鈍化膜形成時間和陽極溶解電流密度正相關(guān)，與電流衰減指數(shù)負相關(guān)。通過建立裂尖電化學環(huán)境計算模型，研究了裂紋縫隙中物質(zhì)的傳輸和縫隙電化學行為，得到了金屬陽極電位、溶液pH值及縫隙尺寸對裂尖局部電

3、化學環(huán)境的影響規(guī)律。
　?。?）以標準緊湊拉伸試樣為研究對象，通過建立裂尖蠕變的有限元模型，研究出了蠕變對裂尖力學特征的影響，確定將裂尖正前方位置的蠕變率用于預測模型；分析得到了不同電化學參數(shù)下，材料力學性能和裂尖力學狀態(tài)對蠕變率、Mises應力、等效塑性應變等裂尖蠕變力學特征及裂紋擴展速率預測模型的影響。
　?。?）對新建立的EAC定量預測模型、FRI模型、裂尖應變梯度模型及實驗數(shù)據(jù)進行對比，獲得了不同參數(shù)下各模型的特點及

4、與實驗數(shù)據(jù)的差別，結(jié)果表明采用蠕變致膜破裂的裂紋擴展速率預測模型進行高溫水環(huán)境中EAC裂紋擴展速率預測是可行的。
　?。?）焊接造成的非勻質(zhì)在核電關(guān)鍵結(jié)構(gòu)中普遍存在，本文通過建立焊接接頭的簡化有限元模型，研究了蠕變對材料力學性能不均勻裂尖力學特征的影響，結(jié)果表明蠕變將顯著改善材料力學性能不均勻引起的裂尖應力分布差異。通過將基于蠕變與膜破裂的CGR定量預測模型應用到焊接接頭中，得出了非勻質(zhì)材料中EAC裂紋擴展速率的規(guī)律。