中国低活化马氏体钢高温疲劳行为及损伤基理研究

《中国低活化马氏体钢高温疲劳行为及损伤基理研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、UniversityofScienceandTechnologyofChina博士学位论义中国低治化马元体铜论文题目高溫皮蒡行为及损饬基理斫究作者姓名桔科学与技术学科专业黄碑其斫究员李表索到研究员导师姓名—五年五月完成时间博士学位论文中国低活化马氏体钢高温疲劳行为及损伤机理研究作者姓名：赵彦云学科专业：核能科学与工程导师姓名：黄群英研究员李春京副研究员完成时间：二一五年五月二十日UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor'sdegreeFatiguePro

2、pertiesandDamageMechanismofChinaLowActivationMartensiticSteelatHighTemperatureAuthor'sName：：：中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除己特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研宄所做的贡献均己在论文中作了明确的说明。作者签名：签字日期：“、工中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者

3、授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。口公开口保密（年）作者签名：么夫么导师签名：签字日期：签字日期：摘要摘要由于“安全”、“清洁”、“持久性”的特点，聚变能被认为是永久解决世界能源危机的方案之一。包层是聚变反应堆实现氣燃料增殖、能量转换及

4、输出的关键部件。在目前国际热核聚变实验堆设计方案中，包层服役温度约°，等离子体燃耗造成的循环周次约为次，燃耗持续时间约左右。考虑到地震和运行过程中等离子不稳定等因素带来的影响，循环周期可能会达到十万次，这对聚变堆包层结构材料的抗高温疲劳性能提出了极高的要求。中国低活化马氏体钢是中国实验包层的首选结构材料，其在高温循环载荷作用下的力学行为，不仅是结构和服役寿命设计的基础，也是材料通过相关法规标准认可实现工业应用的基本要求之一；同时理解材料在疲劳过程中的损伤机理对于进一步优化材料的成分与加工工艺，研发新型聚变堆结构材料具有重要意义。本论文

5、主要针对高温脉冲载荷的服役工况和钢认证需求，开展钢在°和°下的疲劳实验，并根据实验结果建立了钢在循环载荷作用下的寿命预测模型和力学行为随时间变化的本构方程。本研究旨在分析温度、应力等因素对钢疲劳寿命及应力应变等行为的影响机理，同时获得钢的高温疲劳特性，为钢认证和中国包层的设计奠定基础。首先，本文研究了应力控制模式下钢的高周疲劳行为，分析了应力循环加载下疲劳极限与断裂行为。研宄结果表明循环周次在时随着应力幅度的减小钢疲劳寿命逐渐升高。°和°下钢的条件疲劳极限为±和±。通过最小二乘法和方程建立了钢疲劳寿命预测模型，并分别依据近似欧文单侧公

6、差极限法和双侧置信区间法建立了钢的疲劳设计曲线，通过与测试结果比较表明近似欧文单侧公差极限法能够更为安全的预测材料的疲劳寿命。断口分析表明样品表面萌生的裂纹向材料基体内部扩展是材料疲劳失效的主要原因。其次，本文分析了钢在°和°下应变控制的低周疲劳行为。研宄结果表明，疲劳寿命随着温度的升高略微降低，这一现象在低应变幅下更为明显。在应变控制过程中，随着循环周次的增加，峰值应力演化呈现较为明显的三个阶段：在数十个周期内峰值应力迅速降低，然后软化速率逐渐趋于稳定，直至最后突然失效。弹性模量随着循环周次的演化过程表明可以用弹性模量表征材摘要料在

7、循环载荷作用下的损伤程度。最后通过分析钢的微观结构演化过程，表明位错密度降低和亚晶的融合长大是材料强度降低的主要原因。最后以°应变幅度为的疲劳数据为例，在考虑等向硬化和随动硬化的基础上，建立了钢的应力应变力学行为随时间演化的预测模型。结合实验结果，逐步确定了模型中与温度相关的材料常数。通过比较模型预测值与实验结果表明该模型能够较好的预测钢应力应变行为和峰值应力演化过程，为其在聚变堆中服役的安全性评估奠定了良好的基础。关键词：脉冲载荷，中国低活化马氏体钢，高温疲劳，应力应变行为模拟本论文的研究工作得到了国家自然科学基金（和丨及国家磁约束

8、核聚变能发展研宂专项（批准号：的资助ABSTRACTABSTRACTFusionenergyhasthepotentialtoprovideasustainablesolutiontoglobalenergycrisis