应力腐蚀裂纹尖端力学特征分析

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应力腐蚀开裂(SCC)是发生在裂纹尖端(断裂过程区)腐蚀环境、材料和力学共同作用下的裂纹扩展行为。鉴于氧化膜破裂理论是高温水环境中镍基合金应力腐蚀裂纹扩展定量预测研究中普遍认可的基本模型,本文借助数值模拟分析方法,利用多尺度手段,以带轮廓双悬臂梁(CDCB)试样为研究对象,分析讨论了基于裂尖氧化膜破裂模型的核电关键材料应力腐蚀裂纹尖端区域应力应变分布规律。完成的主要研究工作如下:(a)为了保持裂纹扩展中试样的应力强度因子KI不变,以带轮廓双悬臂梁(CDCB)试样为研究对象,利用有限元软件ABAQUS建立了含氧化膜的应力腐蚀开裂的宏观全局模型及裂纹断裂过程区的微观子模型;(b)保持基体金属和氧化膜材料不变,研究了应力腐蚀裂纹尖端应力应变场随裂纹扩展长度增加时的分布规律,得到了应力腐蚀裂尖氧化膜、基体金属和沿裂纹扩展方向基体金属中的应力应变分布规律;(c)保持裂纹扩展长度和氧化膜材料参数不变,从应力应变分布云图和等值线两个角度,研究了基体金属屈服应力和硬化指数变化对应力腐蚀裂尖氧化膜、基体金属和沿裂纹扩展方向基体金属中的应力应变分布规律;(d)保持裂纹扩展长度和基体金属材料参数不变,从应力应变分布云图和等值线两个角度,研究了氧化膜屈服应力和硬化指数变化对应力腐蚀裂尖氧化膜、基体金属和沿裂纹扩展方向基体金属中的应力应变分布规律。本文研究结果为定量预测高温水环境下镍基合金应力腐蚀裂纹扩展速率提供了依据。
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