核电安全端残余应力与力学性能不均匀性对裂尖场的影响

摘要

焊接残余应力是导致核电一回路安全端异种金属焊接接头引导力腐蚀开裂(SCC)的主要因素之一，同时焊接接头区域材料力学性能不均匀性使得 SCC裂纹尖端力学场分析变得更为复杂。本文借助理论分析和有限元方法，模拟分析了残余应力和力学性能不均匀性共同作用下，核电安全端焊接接头 SCC裂纹尖端应力应变规律。完成的主要研究工作有：
　　(1)分别利用预定义温度场法和导入预应力法对核电一回路安全端焊接接头中的残余应力分布进行模拟，证明了导入预应力法是较理想的焊接接头残余应力场模拟方法；
　　(2)建立了定值残余应力场异种金属焊接接头模型，分析了裂纹长度对裂纹尖端应力应变和断裂参量的影响规律，研究表明当裂纹长度小于管壁厚度的三分之一时，裂尖应力应变和断裂参量随裂纹长度增加而增大，之后趋于平稳；
　　(3)建立了核电一回路安全端焊接接头的周向截面模型，分析了残余应力场中不同长度裂纹尖端应力应变和断裂参量的变化规律，研究表明裂尖应力应变随裂纹长度的增大而减小，当裂纹长度接近30mm时裂尖法向应力由正变负，有可能造成SCC裂纹扩展停滞；
　　(4)研究了材料力学性能不均匀性对焊接接头界面区域裂纹尖端力学场的影响规律，分析得出了裂纹所在区域的材料硬度越大，裂尖区域应力越大，塑性应变越小的结论；
　　(5)模拟了异种焊接接头熔合线界面I型和II型复合裂纹尖端的应力应变场，分析得出了焊接界面裂纹的高应力和低应变偏向于硬度较大的材料区域，从而有可能导致裂纹扩展方向偏移。

目录

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目录

1绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3课题研究内容、方法及技术路线

2.焊接接头断裂力学模型的建立

2.1几何模型的建立

2.2残余应力场的实现

2.3裂纹长度变化对定值残余应力场中裂尖场的影响

2.3.1有限元模型的建立

2.3.2计算结果分析

2.4裂纹位置对定值残余应力场中裂尖场的影响

2.5本章小结

3.裂纹长度对焊缝中裂纹力学状态的影响

3.1有限元模型的建立

3.2加载方式

3.3计算结果分析

3.3.1焊缝中不同长度裂纹尖端区域应力分析

3.3.2焊缝中不同长度裂纹尖端区域应变分析

3.3.3焊缝中不同长度裂纹扩展驱动力分析

3.4本章小结

4.焊接接头中处于不同位置的裂纹力学状态分析

4.1不同材料区域中裂纹尖端场研究

4.1.1模型的建立

4.1.2计算结果分析

4.2焊接材料界面附近的裂纹分析

4.2.1母材A533B与焊材182合金焊接材料界面附近裂纹分析

4.2.2熔覆层304不锈钢和母材316L合金焊接界面附近裂纹分析

4.3界面裂纹尖端场分析

4.3.1模型的建立

4.3.2计算结果分析

4.4本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

附录