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

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1、西安科技大学硕士学位论文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专业名称：机械设计及理论作者姓名：郭瑞指导教师：薛河论文题目: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专业:机械设计及理论硕士生:郭瑞(签名)指导教师:薛河(签名)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

2、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

3、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。关键词：安全端焊接接头；裂纹尖端；残余应力；力学性能不均匀性；应力应变研究类型：应用基础研究本论文受到国家自然科学基金(51475

4、362)和教育部高等学校博士学科点专项科研基金(20136121110001)的资助Subject:InfluenceofResidualStressandMechanicalHeterogeneityonMechanicalfieldatCrackTipinSafetyEndofNuclearPowerPlantSpecialty:MechanicalDesignandTheoryName:GuoRui(Signature)Instructor:XueHe(Signature)ABSTRACTTheweldedresidualstre

5、ssisoneofthemainfactorsleadtostresscorrosioncracking(SCC)indissimilarmetalweldedjointsofnuclearpowerplantsafetyend.Meanwhile,thematerialmechanicalheterogeneityofweldedjointsmakestheSCCcracktipmechanicalfieldsmorecomplicated.BymeansoftheoreticalanalysisandFiniteElementMet

6、hod,thelawsofstressandstraindistributionatSCCcracktipundertheinteractiveeffectofresidualstressandmechanicalheterogeneityinnuclearpowerplantsafetyendweresimulatedandanalyzed.Themainresearchworksareperformedinthedissertationasfollows:(1)Residualstressdistributioninnuclearp

7、owerplantsafetyendweldedjointsweresimulatedbyseparatelyusingpredefinetemperaturefieldmethodandpredefinestressfieldfromoutputfilemethod,whichindicatethepredefinestressfieldfromoutputfilemethodisamorereasonablemethodforweldingresidualstresssimulation;(2)Modelofdissimilarme

8、talweldedjointunderfixedvalueresidualstressfieldwasestablished,influencerulesofcracklengthtocracktipstr