核电安全端异种金属焊接接头应力腐蚀开裂裂尖力学特征

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1、西安科技大学博士学位论文核电安全端异种金属焊接接头应力腐蚀开裂裂尖力学特征专业名称：安全技术及工程作者姓名：汪卫兵签名指导教师：薛河TheMechanicalCharacteristicsofStressCorrosionCrackingCrackTipofDissimilarMetalWeldedJointsinNuclearPowerPlantsDissertationSubmittedtoXi`anUniversityofScienceandTechnologyInPartialFulfillmentoftheRequir

2、ementFortheDegreeofDoctorofEngineeringByWangWeiBingSchoolofMechanicalEngineeringDissertationDirectedby:XueHeJune,2015学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论

3、文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：论文题目:核电安全端异种金属焊接接头应力腐蚀开裂裂尖力学特征专业:安全技术及工程博士生:汪卫兵(签名)指导教师:薛河(签名)摘要核电压力容器安全端异种金属焊接接头应力腐蚀开裂（SCC）裂尖力学状态是分析SCC机理及定量预测裂纹扩展速率的关键因素之一。本文采用理论研究和弹塑性有限元分析相结合的方法，通过建立焊接接头三点弯曲试样模型，研究了界面裂纹与亚界面裂纹裂尖局部力学特征的影响因素，并对核反应堆压力容器安全端异种金属焊接接头不同位置处界面裂纹及亚界面SCC裂纹扩展驱动力进行了分析。完成的

4、主要工作如下：（1）对高温高压水环境中核电结构材料SCC机理进行了研究，阐明了核电结构材料裂尖局部微区域的应力应变是促使SCC裂尖氧化膜破裂的主要驱动力，并在很大程度上决定了SCC裂纹扩展速率，提出了断裂力学和弹塑性有限元相结合的SCC裂纹扩展驱动力研究方法。（2）通过建立安全端焊接接头材料的匀质试样模型，分析了不同材料SCC裂尖局部微区域力学特征，得到了匀质材料裂纹扩展对裂尖微区域局部力学场的影响，为研究异种金属焊接接头中的SCC裂纹扩展驱动力提供参照基准。（3）针对安全端焊接接头材料的力学性能不均匀性，通过建立双金属材料界面裂纹扩展弹塑性

5、有限元模型，得到了材料屈服强度失配、应变硬化指数失配以及裂纹扩展对界面裂纹裂尖微区域应力及应变分布的影响规律，并得到了核电安全端焊接接头SCC界面裂纹扩展驱动力。（4）建立了异种金属焊接接头裂纹扩展的扩展有限元（XFEM）模型，通过采用XFEM中的粘性片段和虚拟节点法，分析了具有力学性能不均匀特征的界面裂纹扩展行为，讨论了焊接接头裂纹扩展趋势特征。（5）通过建立双金属材料亚界面裂纹的计算模型，讨论了裂纹处于界面两侧，裂纹与界面之间距离以及屈服强度失配对亚界面裂纹裂尖局部力学特征的影响规律，得到了裂纹扩展对亚界面裂纹裂尖局部微区域应力及应变场的

6、影响规律。（6）建立了核电安全端异种金属焊接接头有限元模型，分析了低合金钢、镍基合金焊材及奥氏体不锈钢焊接区界面及亚界面裂纹裂尖局部微区域应力和应变的分布规律，得到了焊接接头力学性能不均匀场中SCC裂纹扩展驱动力的分析方法。关键词：应力腐蚀开裂；异种金属焊接接头；界面裂纹；亚界面裂纹；驱动力研究类型：应用基础研究本文由国家自然科学基金（50875207,110721912)和教育部博士后基金(20136121110001)资助。Subject:TheMechanicalCharacteristicsofStressCorrosionCrac

7、kingCrackTipofDissimilarMetalWeldedJointsinNuclearPowerPlantsSpecialty:SafetyTechnologyandEngineeringName:WangWeibing(Signature)Supervisor:XueHe(Signature)ABSTRACTItisoneofthekeyfactorstostudythemechanismofSCCandquantitativelypredictthestresscorrosioncracking(SCC)crackgrowt

8、hratethatthemechanicalcharacteristicofSCCtipindissimilarmetalwelded(DMW)jointsofnu