HY-130钢J-R曲线特性的研究

本文分析了具有同样厚度不同宽度的带侧槽(side groove)HY-130钢三点弯曲深切口(deep notch)试样的J-R曲线(即J-△α曲线)的特性。发现当裂纹在有限载荷下扩展相同长度时,愈宽的试样的J积分值较小。认为这种现象与裂纹尖端塑性区尺寸有着密切的关系。

基于多试样法的PVC塑料J-R阻力曲线的简便测量方法

获得PVC材料的J-R阻力曲线以及断裂韧度J_(IC)的难点在于裂纹扩展量Δa的测量,传统染色处理以及三维测量等方法过程复杂且测试成本高。由于塑料的易切割性,可以简化Δa的测量过程。因此,基于多试样法,提出根据规范的测点要求对加载后的试件沿着裂纹纵向切割成若干片、再通过工业电子显微镜测量每个切割片上的裂纹长度,从而获得Δa的二维测量方法。通过GB 21143—2014和ASTM D6068-10两个标准,应用该方法均能获得相对一致的J-R阻力曲线和J_(IC)值,测试结果有效且准确。其中根据GB 21143—2014获得PVC的J_(IC)值为8.03 kJ/m^(2),J-R阻力曲线拟合方程的系数为9.93,指数为0.15;根据ASTM D6068-10获得PVC的J_(IC)为8.31 kJ/m^(2),J-R阻力曲线拟合方程的系数为12.7,指数为0.3;表明ASTM D6068-10获得PVC的断裂韧度J_(IC)值和拟合方程的系数、指数均大于GB 21143—2014。由于PVC材料与金属材料性能的差异,得出ASTM D6068-10更适用于测试PVC材料的J-R阻力曲线和J_(IC)值的结论。该方法将传统的裂纹染色处理和三维测量等复杂操作简化为切片和二维测量,简化测量过程,降低了测量成本,可普及应用于塑料断裂韧性的测量。

材料拘束相关的J-R阻力曲线的构建

材料的J-R阻力曲线受裂尖拘束的影响。为在结构完整性评定中准确纳入这种影响,需要构建材料拘束相关的J-R阻力曲线。基于新发展的面内与面外统一拘束参数Ad,定义了一个载荷无关的统一拘束参数A_d~*。用有限元法计算了不同拘束试样在不同J积分下的A_d~*值,验证了A_d~*的载荷无关性。基于参数A_d~*和不同拘束试样的J-R阻力曲线,研究了构建材料拘束相关的J-R阻力曲线的方法,并得到了核电压力容器A508钢和X80管线钢的拘束相关的J-R阻力曲线的数学方程。通过方程预测的J-R阻力曲线与数值模拟曲线和试验曲线的对比,验证了方程预测的准确性。所构建的J-R阻力曲线方程可用于结构(如压力容器、管道等)的延性撕裂及裂纹扩展稳定性评定,以提高传统不考虑拘束评定的精度。

小尺寸CT试样断裂行为的GTN细观损伤模型研究

基于国产A508-Ⅲ钢的单轴拉伸测试,构建了Ramberg-Osgood力学本构模型和GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)细观损伤模型,并对模型参数进行了标定,开展了不同温度下小尺寸CT(1/6CT)试样的断裂韧性测试,采用规则化方法计算得到裂纹扩展阻力曲线(J-R曲线),分析了测试温度对材料断裂性能的影响。结果表明,随着温度从-100℃度降低至-130℃,断口韧窝区的宽度由43μm缩减至10μm,平均韧窝尺寸从0.3μm缩小至0.05μm,材料的塑性变形能力随着温度的降低而脆化。基于构建的力学本构模型和GTN细观损伤模型,采用有限元法分析了1/6CT试样从裂纹萌生、扩展至失效断裂的过程。结果表明,J-R曲线随着温度的下降而降低,断裂韧性(J_(IC)值)和裂纹扩展量(Δa)的降幅分别为43%和3%,相对误差不超过5%。这表明,基于GTN细观损伤模型的数值方法是研究小尺寸CT试样断裂行为的一种简便、有效的方法。

0.8设计系数用X80管线钢焊接接头的失效评估曲线

根据GB 2038-1991,对0.8设计系数用X80管线钢焊接接头母材及焊缝进行了三点弯曲试验,据此进行断裂韧性及失效评估曲线(建立R6-3失效评估曲线,并与R6-1曲线和R6-2曲线进行了比较)的研究。结果表明:根据J-R阻力曲线测得X80管线钢母材和焊缝的断裂韧度分别为1 080,298kJ·m-2;在高载荷下,母材的R6-3失效评估曲线比焊缝的略高,这是由于母材具有较高的塑性;R6-3曲线的安全范围最大,能够精确反映材料性能、加载类型及构件形状,精度高于R6-1和R6-2曲线的,能够更好地发挥材料的性能。

高钢级管线钢失效评估曲线研究

X80级管线钢具有优异的韧性,其断裂韧性和失效评估曲线是工程应用中安全评定的重要依据。利用J-R阻力曲线的试验测试数据,建立R6选择曲线3评估曲线(R6-3),并与选择曲线1(R6-1)和2(R6-2)相比较,表明这是一种简便、精确的建立失效评估曲线FAC(Failure Assessment Curve)方案。

关于动态钝化线方程与J-R法确定J_(Id)的讨论

在摆锤式示波冲击试验机上采用小角度冲击方法测试了某船用低舍金钢的动态弹塑性断裂韧度JId。针对多试样，R阻力曲线法因钝化线的不易确定性常造成测试结果JId误差较大的情况，考虑了加载速率对塑性流变应力的影响，给出了一新的动载争件下的钝化线方程：J-2NK（0．5Er）^nΔα。在J-R阻力曲线法测定材料的JId时，用该方程可得到与小角度冲击方法相一致的测试结果。

试样几何尺寸对347L材料断裂性能的影响

开展了347L不锈钢材料紧凑拉伸试样在不同厚度及裂纹长度下的断裂韧性试验研究,并通过有限元分析了上述试样的拘束水平,建立了表观断裂韧度J_(Q0.2BL)与裂尖拘束Q的关联方程。结果表明:试样的断裂韧性J_(Q0.2BL)值随试样厚度增大而减小,1C(T)试样的J-R曲线基本不随初始裂纹长度改变而发生变化,受初始裂纹长度影响的1/2C(T)试样的J_(Q0.2BL)值随裂尖Q减小而增大。研究结果对于材料断裂韧性测试以及含缺陷结构安全评价具有参考意义。

构件裂纹塑性扩展剩余强度的估算方法

利用J-A2方法对A533B钢双边切口试样J-R曲线进行约束修正。在此基础上,通过计算构件裂纹尖端的约束参数A2预测其J-R曲线,并结合裂纹驱动力曲线估算其剩余强度,为工程上其他含裂纹构件最大承载力的确定提供一种有效的估算方法。最后,用J-A2方法估算含周裂纹钢管的剩余强度。

ASTM和ISO标准断裂韧度测试方法比较研究

ASTM E1820-11和ISO 12135-2002标准是测试断裂韧度的主要标准,然而这两个测试标准在钝化线、有效数据区间和阻力曲线拟合等方面存在较大的差异,导致断裂韧度测试结果的较大不同。研究这两个测试标准钝化线的依据,比较它们的差异。ASTM标准采用理想弹塑性材料假设,ISO标准基于材料的真应力应变关系满足幂次定律,ISO标准钝化线斜率比ASTM标准钝化线斜率大;ASTM标准采用两参数方程阻力曲线,而ISO标准采用三参数方程阻力曲线。提出根据材料应力应变特性来选择合适的试验标准,对于带屈服平台的材料可选用ASTM标准,不带屈服平台的材料可选用ISO标准。选取Q345R钢进行断裂韧度试验,用ASTM和ISO两个标准对试验结果进行评估,试验结果表明:Q345R的应力应变曲线在屈服阶段存在屈服平台,ASTM钝化线能更好反映裂纹尖端钝化。ASTM和ISO两个标准测得的断裂韧度分别为235.29 kJ/m^2和179.37 kJ/m^2,两者相差24%。

核压力容器异种金属焊接接头延性断裂行为数值研究

使用GTN损伤模型与有限元计算相结合的方法,对核电安全端异种金属焊接接头试样裂纹扩展路径及J-R阻力曲线进行数值研究。结果表明:异种金属接头中的堆焊层及焊缝中心裂纹扩展路径和均质材料基本相同,而界面及近界面裂纹的扩展路径显著地偏离初始裂纹位置。界面裂纹及近界面裂纹倾向于向屈服强度低的软材料一侧扩展,这是由裂尖前区域不同材料的强度失配所致。不同初始位置和不同尺寸的裂纹具有不同的材料拘束和几何拘束,其J-R裂纹扩展阻力曲线不同。宏观断裂力学无法预测这种裂纹的扩展路径和扩展阻力,基于GTN损伤模型的数值计算方法可以预测这种裂纹的扩展路径及扩展阻力,可望用于安全端焊接结构的完整性评定和破前漏分析。

核电52M镍基合金异种金属焊接接头的局部断裂行为

异种金属焊接接头是核电系统内部易损部件,为保证其安全使用,需要对其进行准确的完整性分析。为了理解含缺陷异种金属焊接接头的断裂表现,确定现有程序对异种金属接头评定的适用性。本文对镍基合金52M异种金属接头不同位置裂纹的三点弯曲试样进行了断裂试验。发现试样的裂纹扩展阻力及路径不同,且裂纹路径总是向低屈服强度材料侧偏转。得出裂纹路径的偏转主要由裂尖材料强度失配控制,而非韧性失配控制。对于扩展路径有偏斜的裂纹,其J-R阻力曲线反映的是沿裂纹扩展区材料的表观断裂阻力,而非初始裂纹尖端区材料的本质断裂阻力。在不考虑焊接热影响区、界面区及内部影响区断裂阻力的情况下,采用现有程序去评定含缺陷异种金属接头,将产生非保守或过于保守的评定结果,且在多数情况下,得到非保守的评价结果。

确定材料J积分塑性因子η_(pl)的单试件法研究

本文在Ｌａｎｄｅｓ规则化方法基础上提出单试件确定塑性因子法，即只使用单个试件的实验记录Ｐ，Ｖ和ａ就可求得材料塑性因子ηｐｌ．其中实时裂纹长度ａ可以卸载柔度法或物理测量得到．通常规则化方法需一组试件．单试件法可避免多试件存在的尺寸分散性，也可使实验过程简化．文中结合３０４不锈钢实验进行分析，结果表明单试件法简便、实用、精度较高．

核电厂高能管道应用破前漏技术对材料力学性能的要求

核电厂高能管道应用破前漏(LBB)技术可提高其安全性与经济性,同时对材料提出了新的力学性能测试要求。文章研究和分析了美国核管理委员会颁布的LBB有关的标准评审大纲和实施规范等,梳理和归纳了测试项目、对象、温度、数量与热老化效应等5项总体要求,以及试样尺寸、侧槽效应、应变范围、试样方向等4项测试关键技术要求,以确保测试数据的有效性。本研究可为国内开展此领域的测试工作提供一定的指引作用。

应变时效对高强度管线钢管的影响

简要介绍了钢材的应变时效行为,重点介绍了3种高强度管线管的应变时效的力学试验,以及应变时效对3种高强度管线钢力学性能和韧性的影响,并对试验结果进行了讨论。指出,应变时效导致的任何抗断裂能力的变化都可能对断裂控制设计造成影响,尤其是在考虑钢管服役过程中可能经历塑性变形的情况下。

不同类型接管安全端焊接接头常温断裂韧性对比研究

对带镍基合金隔离层和无隔离层两种不同类型接管安全端焊接接头的常温断裂韧性进行对比研究,研究结果表明:接头焊缝区的J-R阻力曲线和断裂韧性高于SA508区域,低于316L区域。界面裂纹的J-R阻力曲线和断裂韧性最低,界面区域的延性裂纹起裂和扩展阻力最小。带隔离层接头中熔合区、热影响区和焊缝中心区的J-R阻力曲线和断裂韧性J 1c略高于无隔离层接头的对应区域。无隔离层接管安全端接头的J-R阻力曲线和断裂韧性可以达到带隔离层接头的水平。

CLAM钢断裂韧性数据的规则化处理研究

目的利用规则化法对CLAM钢(中国低活化马氏体钢)的断裂韧性数据进行处理,获得其断裂韧性。方法采用基于载荷分离理论的规则化法,对CLAM钢卸载柔度法得到的原始载荷(P)、COD(裂纹张开位移)数据进行规则化处理。首先去除卸载柔度法采集的加载和卸载(Unload/Reload)、裂纹扩展(Extend Crack)数据,只保留加载过程中Ramp数据。然后将提取出来的Load-COD数据采用载荷分离的规则化法进行处理得到(J,Δa)数据,从而得到J-R阻力曲线及断裂韧性条件判定值JQ。结果得到CLAM钢平均断裂韧性JQ为178 MPa·mm,所有试样厚度(B)及初始裂纹长度(b0)均大于10JQ/σY。结论规则化法处理的CLAM钢断裂韧性JQ满足有效性判定条件。

三明治型中心裂纹试样性能失配对材料拘束作用范围的影响研究

选择具有三明治型、含中心裂纹的不同性能失配的实验室常用三点弯曲(SENB)试样、紧凑拉伸(CT)试样、单边裂纹拉伸(SENT)试样和中心裂纹拉伸(CCT)试样为研究对象,采用嵌含有GTN损伤模型的有限元法,进一步针对性能失配对材料拘束约束范围的影响进行研究。研究结果表明:材料拘束的作用范围同样受性能失配的影响。随着性能失配的增加,材料拘束的作用范围增大。此外,在性能失配结构中存在"短板效应",该效应在性能失配高的结构中更加明显。未来可尝试构建材料拘束作用范围与几何拘束、材料拘束相关参数间的关联,研究结果可为性能失配结构的设计与完整性评定提供科学支持。

双丝窄间隙埋弧焊焊接接头断裂韧性研究

对双丝窄间隙埋弧焊焊接接头和单丝窄间隙埋弧焊焊接接头的常温断裂韧性进行对比研究。结果表明:双丝/单丝窄间隙埋弧焊焊接接头中焊缝的J-R阻力曲线均高于热影响区,两种工艺条件下焊缝对延性裂纹的扩展阻力均大于热影响区,双丝/单丝窄间隙埋弧焊焊接接头中焊缝的延性断裂韧性J1c高于热影响区,双丝焊接接头的常温断裂韧性高于单丝焊接接头。