基于DCPD的CT试样裂纹扩展数值模拟标定方法

为保证核电结构裂纹扩展监测结果的准确性,建立有效的标定方法至关重要。该文根据直流电位降(DCPD)法的原理和有限元分析软件建立电位场模型,直观、定量地获得电位场变化数据,分析紧凑拉伸(CT)试样在不同裂纹长度下的电位降,并从监测环节考虑多种因素对标定曲线的影响,最后结合裂纹监测平台进行实验验证。结果表明,裂纹主电位接线点的位置、不同材料和几何尺寸对标定曲线产生微伏级的影响,仿真与实验数据分析结果的最大误差为4.9%。该标定曲线具有一定的可行性,可为后续动态裂纹扩展监测实验及验证工作提供参考。

基于直流电位降法的缺陷区域多探针检测

油气管道在服役过程中由于制造过程、环境复杂等因素容易产生缺陷,造成管道破裂等事故,因此对管道的无损检测具有重要意义。通过直流电位降法研究裂纹缺陷对电位场的影响规律,建立了多探针缺陷检测方法。首先采用有限元法对含有缺陷的平板试样进行电位分析,缺陷区域的电位差明显高于无缺陷区域,通过多探针的检测范围对试样区域进行划分后,提出了多探针缺陷区域检测方法。检测到区域存在缺陷后,对缺陷影响因子k进行计算,无缺陷区域k值基本在0.8~1.2之间,而缺陷周围的k值都超过了2,根据k值的分布可以得到缺陷的大致位置和尺寸。并搭建了多探针检测试验平台进行试验,结果表明,缺陷附近的电势差显著高于其他区域,与有限元结果相符。缺陷区域电势差明显高于其他区域,无缺陷区域k值在0.75~1.2之间,缺陷区域k值基本大于1.5。通过k值分布对缺陷位置和尺寸进行分析,与实际尺寸相差在3~5 mm左右。

直流电位法检测高温合金的疲劳裂纹扩展性能

介绍了在高温下使用直流电位法测定疲劳裂纹长度的基本原理、试验方法及所需配置的仪器,并对有关影响因素进行了分析;并利用Johnson的分析型关系式,研究了一种适用于自动测定材料高温疲劳裂纹长度的直流电位法,该方法已成功应用于高温合金疲劳裂纹扩展试验,其测得的疲劳裂纹扩展速率da/dN-ΔK数据与长焦聚显微镜法测得的数据完全一致。

高温水中氯离子对316L不锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率的影响

本文采用直流电压降(DCPD)方法,使用恒K(K=27.5 MPa·m1/2)加载方式,在核电厂高温高压水环境中研究了氯离子对316L不锈钢的应力腐蚀裂纹扩展速率的影响。实验结果表明:在高温除氧水中,氯离子会加快316L不锈钢的应力腐蚀裂纹扩展速率,且当水中存在溶解氧时,氯离子对应力腐蚀裂纹扩展速率的影响更明显。

基于直流电压降法的三点弯曲试样疲劳裂纹扩展速率测量方法

通过有限元分析得到了三点弯曲试样的裂纹长度与电压降及裂纹尖端应力强度因子的关系式,开发了可以在应力强度因子恒定、可控升高和降低的条件下进行疲劳试验的软件,通过编写测试程序的方式连续进行不同载荷、载荷比、频率条件下的疲劳试验,在线测量裂纹扩展速率,且根据裂纹长度扩展情况自动改变测试条件.通过对2种镍铝青铜合金材料疲劳裂纹扩展速率测量,对该方法进行了验证,得到了裂纹扩展速率与应力强度因子关系曲线,并利用Priddle公式和ParisErdogan公式拟合得到了裂纹扩展应力强度因子门槛值等疲劳特征参数.

直流电位降法裂纹监测试验中接线点位置分析

利用有限元法研究了紧凑拉伸试样电位场分布随裂纹的变化,从灵敏度、信号幅度和测点位置误差三方面对直流电位降法应用中接线点位置的选择进行分析。结果表明,电位差测点选在试样缺口嘴部时可获得最大灵敏度;当电流输入点与电位差测点重合时信号幅度最大,但这种情况下测点位置误差会引起较大的测量误差。

用直流电压降法研究316LN不锈钢的疲劳裂纹扩展行为

采用直流电压降（DCPD）方法测试了316LN不锈钢在室温和350℃的疲劳裂纹扩展速率,得到室温和350℃下该材料疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth,并分析了试样断口形貌。结果表明：采用DCPD方法测得室温和350℃下ΔKth分别为11.9,8.1MPa·m^1/2,与文献值相符,350℃下的疲劳裂纹扩展速率比室温下的要高2～20倍;在裂纹亚临界扩展区,疲劳裂纹扩展速率与应力强度因子范围服从Paris公式,其参数n与温度无关,参数D与温度成线性正比关系;试样疲劳破坏形式为穿晶断裂。

基于直流电位降法的裂纹监测仪器系统设计

在模拟核电高温环境的高压釜中实时监测裂纹扩展速率的手段相对较少,设计了一种基于直流电位降(DCPD)法的裂纹监测系统,旨在实时、准确、平稳地监测裂纹生长情况。以STM32系列为主控制器,结合微弱信号放大与抗干扰技术,将裂纹增长的模拟信号转换为电压信号并在Lab Windows/CVI软件界面上显示。该系统已应用于裂纹监测仪器,并在高压釜环境中进行了裂纹监测实验,结果表明所设计的实时监测系统具有较高的精度和可靠性。

热处理对铸态镍铝青铜疲劳裂纹扩展速率的影响

对铸态镍铝青铜(NAB)进行了920℃正火和675℃退火热处理,研究了不同状态NAB的显微组织和拉伸性能;采用直流电压降(DCPD)法测试了其疲劳裂纹扩展速率,观察了裂纹扩展路径及疲劳断口形貌。结果表明:退火态与铸态试样的显微组织均由基体α相、残余β相以及三种Ni-Fe-Al金属间化合物相(κⅡ,κⅢ,κⅣ)组成,而正火态试样组织则由较多的残余β相以及均匀分布的κⅣ相组成,其强度更高但塑性明显降低;铸态试样的疲劳裂纹扩展速率最快,正火态试样的最慢;铸态和退火态试样中的疲劳裂纹在κ相相界处扩展,断裂方式主要为脆性解理断裂,而正火态试样的疲劳裂纹主要穿过α相扩展,断口出现了疲劳辉纹,且其疲劳裂纹扩展路径最为曲折。

交流示波极谱基础研究V实验线路的改进

本文提出了两种不同类型的交流示波极谱实验线路,用运算放大器组装了i·r降补偿及微分线路,采用三电极系统。比J.Heyrovsky设计的原始线路优越。

裂纹扩展试验中Johnson公式适用性研究

为了探讨实际应用中Johnson公式的描述电位差和裂纹长度关系适用性,利用有限元软件研究了有限长中心裂纹试样和紧凑拉伸试样电位场分布随裂纹扩展的变化规律,定量分析了Johnson公式应用时的误差影响因素。结果表明,试样长宽比和电流加载点位置是影响Johnson公式适用性的主要因素。对于紧凑拉伸试样,直接应用Johnson公式误差较大,但利用有限元分析结果修正之后可以得到较好的精度。

弧形双悬臂梁试样裂纹扩展电测接线点布局研究

直流电位降法是应用于高温高压水环境下裂纹扩展监测试验的主要方法,弧形双悬臂梁试样是一种应力腐蚀裂纹扩展试验的常用试样。为了寻求被测试样的最优接线点布局方案以提高测试精度和稳定性,论文利用有限元软件建立了弧形双悬臂梁试样三维有限元模型,模拟了多组可选的接线点布局方案,求解得到了试样三维电位场分布及其随裂纹变化的规律,并根据计算结果从信号灵敏度、信号幅度和测点位置误差敏感度3方面对试样电流加载点位置和电位差测量点位置的优化选取进行了分析。研究结果表明,不同位置电位差测点下的灵敏度相对大小关系与电流输入位置无关,电位差测点选在试样缺口侧时可获得较高的信号灵敏度;电位差测点与电流加载点的距离是信号幅度大小和测点位置敏感度的主要影响因素,较大的距离会导致信号幅度降低,而较小的距离会导致很高的测点位置误差敏感度。提出的寻优依据和分析方法也可应用于其他类型试样,为进一步研究其他测试精度的影响因素奠定了基础。

690合金传热管疲劳裂纹扩展研究

采用销加载拉伸方法和直流电压降法测试技术,测量了室温和高温325℃空气中3种不同工艺的690合金传热管的疲劳裂纹扩展速率.试验采用Paris-Erdogan公式进行拟合分析,证明了结果的真实性和可靠性.高温加速了疲劳裂纹扩展.由疲劳裂纹扩展速率曲线可以预测出3种690管材在高温325℃下的门槛应力强度因子幅值ΔKth,扫描电子显微镜下观察断口形貌,疲劳裂纹的扩展为穿晶形式,在穿晶断口上观察到明显的疲劳辉纹和微塑性区.

介质电导率对直流电压降法测试腐蚀疲劳裂纹长度准确性的影响

研究了高含量NaCl水溶液环境对直流电压降(DCPD)法测试腐蚀疲劳裂纹长度准确性的影响。结果表明:在同一裂纹长度下,随着溶液中NaCl含量的增加,DCPD法测得的电压降出现少量下降;不同NaCl含量溶液中拾取的DCPD信号变化均在±0.2%以内;溶质含量增加使得测得的裂纹长度与实际裂纹长度之间的差异增大,但是均在允许误差范围以内;与纯水相比,质量分数为0.5%的NaCl溶液加速了哈氏C-276合金的疲劳裂纹扩展速率约1.5倍,继续提高溶质含量对于促进疲劳裂纹扩展的效果不再显著。

直流电压降法测量核电结构材料在空气中的疲劳裂纹扩展速率

介绍了直流电压降(DCPD)方法测量材料裂纹扩展的原理,并采用DCPD方法测量了反应堆典型结构材料在空气中的疲劳裂纹扩展速率(CGR),分析了载荷、频率和载荷比(R=Kmax/Kmin,K为应力强度因子)对疲劳裂纹扩展速率的影响。实验结果表明,材料的硬度与疲劳裂纹扩展速率有密切关系,即材料硬度越高,裂纹扩展速率越高。

直流电压降法应力腐蚀裂纹扩展速率在线测定试验系统

介绍了应用直流电压降方法(DCPD)在线测量高温高压水环境中不锈钢应力腐蚀裂纹扩展的原理与试验系统,并采用商用301不锈钢对试验方法的准确性与系统的可靠性进行了验证。试验系统包括水化学回路、加热控制系统、动态加载系统与数据采集系统。在320℃,15.5MPa的去离子水中通过改变溶解氧含量和添加SO42-,Cl-等条件下完成了验证性试验。对材料的裂纹长度-时间曲线和断口形貌分析表明,该试验系统能够稳定而准确地在线测量应力腐蚀裂纹扩展速率。

泡沫金属直流电位法检测技术

为验证直流电位法检测泡沫金属缺陷孔洞及大小的有效性,对实物泡沫金属进行了直流电位法无损检测试验。设计制作了具有不同大小缺陷的五个试件,对各试件进行了恒流加载和表面电位分布测量,并对所测结果进行了相应的差分及滤波处理,以提高信噪比。同时,为确定有效的试验条件,运用有限元分析程序对电位检测信号进行了数值模拟。试验和数值结果表明,对泡沫金属可以利用直流电位方法检出缺陷,且缺陷大小和检测电位信号的大小有一定对应关系。这为泡沫金属缺陷的定量无损检测打下了基础。

镍基高温合金紧凑拉伸试样侧槽优选研究及试验

为了获得平直的紧凑拉伸(Compact Tension,CT)试件裂纹扩展前缘,对带侧槽CT试样的侧槽进行参数化表征,采用有限元方法研究侧槽对裂纹尖端应力强度因子的影响规律,对CT试样的侧槽进行优选。获得了使CT试样裂纹尖端应力强度因子沿厚度方向方差小于0.1(MPa·m1/2)^2的侧槽形状。与标准CT试件裂纹扩展试验对比,结果表明,优选的带侧槽CT试件沿厚度方向裂纹扩展更为均匀,方差为标准CT试件的30%。为了研究电位法经验公式计算带侧槽CT试样裂纹长度的适用性,进行了对比分析。结果表明,对于带侧槽CT试件,利用非线性公式计算的裂纹长度与试验结果误差最小,不超过0.7%。优选侧槽CT试样裂纹扩展更平直;电位法测量带侧槽CT试件裂纹长度,非线性公式计算裂纹长度的误差更小。

直流电压降方法在钢材疲劳过载延迟效应研究中的应用

通过引入等效残余应力强度因子ΔKres,提出了一种无材料拟合参数的新型驱动力模型,对裂纹扩展速率与延迟疲劳寿命进行预测;采用直流电压降(DCPD)方法结合有限元标定测得裂纹扩展长度,并与实测值进行比较,验证该方法的准确性;基于DCPD方法结合有限元标定通过过载疲劳试验得到4种钢材过载后的裂纹扩展速率与延迟疲劳寿命,验证预测模型的准确性。结果表明:单峰过载后,4种试验钢均出现过载延迟效应;过载比越大,试验钢过载后的最小裂纹扩展速率越小,且屈服强度越低的试验钢的延迟效果越大。采用DCPD方法结合有限元标定得到的裂纹扩展长度与实测值的相对误差小于3.75%,该方法具有较高的精度;驱动力模型预测得到的裂纹扩展速率的变化趋势与由DCPD方法结合有限元标定得到的试验值相吻合,且预测延迟疲劳寿命均在试验值的2倍误差带内,验证了驱动力模型的准确性。

用直流电压降法研究高温下GH3230合金的疲劳裂纹扩展行为

采用直流电压降法对GH3230合金进行了高温下的疲劳裂纹扩展试验,分析了温度及应力强度因子对GH3230合金疲劳裂纹扩展速率的影响,并利用扫描电子显微镜对断口进行分析。结果表明:在相同的应力强度因子下,随着温度的升高,合金的裂纹扩展速率增大;温度从750℃升高到850℃时,裂纹扩展速率明显增大,从850℃升高到950℃时,小应力强度因子下的裂纹扩展速率相差不大,随着应力强度因子的增大和温度的升高,裂纹扩展速率的差距增大;观察断口表面可知,在裂纹扩展区和瞬断区,断口表面呈现典型的疲劳辉纹和韧窝特征,随着温度的升高,断口表面的氧化物颗粒增多,裂纹扩展区的疲劳辉纹不明显。