核电厂主蒸汽管道材料断裂韧性试验三维数值模拟研究

基于商用软件ABAQUS对国产化主蒸汽管道材料P11合金钢的断裂韧性试验中起裂前的加载过程进行了精细的三维数值模拟,对含侧槽和光滑侧面2种标准CT试样结构进行建模分析,获得加载过程中裂纹前沿的塑性区、应力场和J积分的三维精细分布及变化规律.开展了SA335P11合金钢材料含侧槽结构试样的断裂韧性试验,试验中载荷线位移响应曲线与有限元分析结果具有很好的一致性,验证了数值分析的有效性.通过有限元和试验相结合的方式,确定了延性金属材料试样采用光滑侧面结构是导致其试验过程中难以起裂的主要原因,含侧槽结构试样能为裂纹尖端提供有效约束,使得裂纹前沿附近区域的塑性区尺寸、局部J积分和张开应力分布更加均匀,对优化延性金属材料断裂韧性试验作用明显.