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Macro-phenomenological high-strain-rate elastic fracture model for ice-impact simulations 被引量:1
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作者 Jiang FAN Qinghao YUAN +2 位作者 Fulei JING Guangchen BAI Xiuli SHEN 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期146-160,共15页
The ice impact can cause a severe damage to an aircraft’s exposed structure,thus,requiring its prevention.The numerical simulation represents an effective method to overcome this challenge.The establishment of the ic... The ice impact can cause a severe damage to an aircraft’s exposed structure,thus,requiring its prevention.The numerical simulation represents an effective method to overcome this challenge.The establishment of the ice material model is critical.However,ice is not a common structural material and exhibits an extremely complex material behavior.The material models of ice reported so far are not able to accurately simulate the ice behavior at high strain rates.This study proposes a novel high-precision macro-phenomenological elastic fracture model based on the brittle behavior of ice at high strain rates.The developed model has been compared with five reported models by using the smoothed particle hydrodynamics method so as to simulate the ice-impact process with respect to the impact speeds and ice shapes.The important metrics and phenomena(impact force history,deformation and fragmentation of the ice projectile and deflection of the target)were compared with the experimental data reported in the literature.The findings obtained from the developed model are observed to be most consistent with the experimental data,which demonstrates that the model represents the basic physics and phenomena governing the ice impact at high strain rates.The developed model includes a relatively fewer number of material parameters.Further,the used parameters have a clear physical meaning and can be directly obtained through experiments.Moreover,no adjustment of any material parameter is needed,and the consumption duration is also acceptable.These advantages indicate that the developed model is suitable for simulating the iceimpact process and can be applied for the anti-ice impact design in aviation. 展开更多
关键词 Crack propagation Elastic fracture high strain rate Ice impact impact force material model
原文传递
Advanced test methods of material property characterization:high strain-rate testing and experimental simulation of multiaxial stress states
2
作者 Reinhard BARDENHEIER 《Baosteel Technical Research》 CAS 2010年第S1期122-,共1页
Optimum utilization of the loading capability of engineering materials is an important and active contribution to protect nature's limited resources,and it is the key for economic design methods.In order to make u... Optimum utilization of the loading capability of engineering materials is an important and active contribution to protect nature's limited resources,and it is the key for economic design methods.In order to make use of the materials' resources,those must be known very well;but conventional test methods will offer only limited informational value.The range of questions raised is as wide as the application of engineering materials,and partially they are very specific.The development of huge computer powers enables numeric modelling to simulate structural behaviour in rather complex loading environments-so the real material behaviour is known under the given loading conditions.Here the art of material testing design starts.To study the material behaviour under very distinct and specific loading conditions makes it necessary to simulate different temperature ranges,loading speeds, environments etc.and mostly there doesn't exist any commonly agreed test standard.In this contribution two popular,non-standard test procedures and test systems will be discussed on the base of their application background,special design features as well as test results and typically gained information:The demand for highspeed tests up to 1000 s^(-1) of strain rate is very specific and originates primarily in the automotive industry and the answers enable CAE analysis of crashworthiness of vehicle structures under crash conditions.The information on the material behaviour under multiaxial loading conditions is a more general one.Multiaxial stress states can be reduced to an equivalent stress,which allows the evaluation of the material's constraint and criticality of stress state.Both discussed examples shall show that the open dialogue between the user and the producer of testing machines allows custom-tailored test solutions. 展开更多
关键词 economic design numeric modelling simulation high strain-rate testing strain- rate sensitivity CRASHWORTHINESS multiaxial stress state material constraint equivalent stress state
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高应变率冲击荷载下节理花岗岩损伤机制研究
3
作者 王智德 钱梦凡 +2 位作者 李杰 司莹莹 江俐敏 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1917-1928,共12页
针对冲击荷载作用下贯通节理花岗岩动力响应特征和能量演化规律这一研究目标,以含不同倾角节理花岗岩为研究对象,基于不同倾角节理岩体损伤力学理论模型,开展了高应变率下不同节理倾角花岗岩的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson press... 针对冲击荷载作用下贯通节理花岗岩动力响应特征和能量演化规律这一研究目标,以含不同倾角节理花岗岩为研究对象,基于不同倾角节理岩体损伤力学理论模型,开展了高应变率下不同节理倾角花岗岩的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)冲击试验,完成了高应变率下花岗岩的损伤特征研究,获取了岩体动态力学性质和能量耗散特征。研究结果表明:(1)基于Druck-Prager准则和Weibull强度分布准则,结合弹性波理论,建立了不同倾角节理岩体的应力-应变理论模型,该模型能够较好地反映花岗岩的抗压强度、弹性模量随节理倾角变化的动态力学特性,具有较强的倾角效应;(2)相同冲击荷载下,随节理倾角的增大,能量反射系数呈线性上升趋势,能量传递系数呈线性下降趋势,岩样的峰值应力逐渐而减小;相同节理倾角下,随冲击荷载增大,能量反射系数先增大后减小,能量传递系数先减小再增大,能量吸收率随节理倾角的增大而减小;(3)当冲击荷载相同时,完整岩样、节理倾角θ=0°和θ=15°岩样的破碎程度较大,而节理倾角θ=30°和θ=45°岩样的破碎程度较小;当节理倾角相同时,随冲击荷载增大,超过岩样最大抗压强度时,岩样由剪切和拉伸破坏逐渐转化成压碎破坏,且破碎程度也随之增大。 展开更多
关键词 不同倾角 节理花岗岩 SHPB冲击试验 能量耗散 高应变率
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高强度马氏体不锈钢的小能量冲击疲劳行为研究
4
作者 张晓川 王景芹 +4 位作者 王清铎 林亮 李刚 党宁 韩礼红 《石油管材与仪器》 2024年第4期24-30,I0002,共8页
随着钻具失效的不断发生,越来越多的研究者进行服役工况下钻具失效-断裂行为的机理研究。在服役过程中钻具受到复杂载荷的作用,既有静载荷也有大能量单次冲击载荷和小能量多次冲击载荷,小能量多次冲击载荷会造成材料冲击疲劳。研究了新... 随着钻具失效的不断发生,越来越多的研究者进行服役工况下钻具失效-断裂行为的机理研究。在服役过程中钻具受到复杂载荷的作用,既有静载荷也有大能量单次冲击载荷和小能量多次冲击载荷,小能量多次冲击载荷会造成材料冲击疲劳。研究了新型高强度马氏体不锈钢在不同冲击能量下的材料的冲击疲劳失效行为。结果表明,材料的冲击疲劳寿命的影响因素主要是加载的冲击能量,即冲击能量越高材料的冲击疲劳寿命越低,但冲击能量的变化不会改变材料的断裂形式。在疲劳裂纹萌生阶段,冲击能量的提高可使裂纹快速萌生。在疲劳裂纹扩展阶段,冲击载荷作用于裂纹尖端并使裂纹逐渐扩展。最后,建立了裂纹长度a与循环周次N的函数关系,计算了裂纹的扩展速率。 展开更多
关键词 高强度马氏体不锈钢 动态拉伸 高应变率 冲击疲劳 Paris公式
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金属材料动态剪切测试方法
5
作者 杜雨田 许泽建 +1 位作者 虎宏智 黄风雷 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1502-1512,共11页
材料的动态剪切性能参数是进行弹箭及装甲防护系统设计的重要基础。由于目前所采用的拉伸剪切试样在应力均匀性及受力状态方面仍存在问题,给测试结果的准确性带来影响。采用数值模拟对5种常见拉伸剪切试样进行了对比分析,并针对现有问... 材料的动态剪切性能参数是进行弹箭及装甲防护系统设计的重要基础。由于目前所采用的拉伸剪切试样在应力均匀性及受力状态方面仍存在问题,给测试结果的准确性带来影响。采用数值模拟对5种常见拉伸剪切试样进行了对比分析,并针对现有问题设计出一种新型拉伸剪切试样。该试样在准静态、动态加载下应力分布均匀而且接近纯剪切的应力状态,适合在大应变率、大应变范围内对材料的剪切力学性能进行准确测试。通过与压缩加载下双剪切试样的测试结果进行对比,发现两种试样获得的应力-应变曲线吻合较好,而且新型试样具有更长的塑性流动段。采用有限元软件对TC4钛合金试样的变形及断裂过程进行了模拟,并通过与高速摄影结果进行对比发现两者剪切区的变形及裂纹扩展情况相互吻合,从而验证了试样设计及数值模拟结果的有效性。 展开更多
关键词 金属材料 力学性能 剪切测试 高应变率 动态加载
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脆性材料SHPB实验技术的研究 被引量:29
6
作者 王鲁明 赵坚 +1 位作者 华安增 赵晓豹 《岩石力学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第11期1798-1802,共5页
用SHPB装置研究脆性材料(硬岩、混凝土、高强度砂浆、陶瓷等)及脆性材料组构的非均一材料高应变率下的动力特性。在实验技术方面取得进展,简要研讨了万向头、波形整形器、异形炮弹、软性介质、节理试样与结构性试样等问题。
关键词 脆性材料 SHPB 实验 波形整形器 异形炮弹 高强度砂浆 陶瓷
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金属拉伸试验方法的关键及其对策 被引量:9
7
作者 蔡增伸 王海勇 王从贤 《实验力学》 CSCD 北大核心 2000年第2期224-232,共9页
本文首先指出金属拉伸试验方法的关键问题是试验时的应力速率及应变速率控制 .首次提出应用传感器及计算机技术 ,以一只比例节流阀为控制器构成旁路节流式微机控制电液系统 ,具有压力和速度双重控制功能 ,在液压式万能材料试验机上获得... 本文首先指出金属拉伸试验方法的关键问题是试验时的应力速率及应变速率控制 .首次提出应用传感器及计算机技术 ,以一只比例节流阀为控制器构成旁路节流式微机控制电液系统 ,具有压力和速度双重控制功能 ,在液压式万能材料试验机上获得了良好的应力速率及应变速率控制的试验结果 ,为我国液压式材料试验机功能扩展和开发新一代机型奠定基础 ,以适应 2 1世纪静强度检测的需要 . 展开更多
关键词 金属 拉伸试验 应力 应变速率 试验机
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基于模糊自适应PID的材料试验机控制系统 被引量:8
8
作者 陈智军 蔡增伸 施文康 《计算机测量与控制》 CSCD 2005年第11期1226-1229,共4页
如何科学有效地达到对材料试验机的应力速率及应变速率控制,是目前试验机领域的关键问题;液压万能材料试验机是一种典型的非线性时变系统,无法建立精确的数学模型;由此将常规PID控制和模糊控制两种控制策略结合起来,构成模糊自适应... 如何科学有效地达到对材料试验机的应力速率及应变速率控制,是目前试验机领域的关键问题;液压万能材料试验机是一种典型的非线性时变系统,无法建立精确的数学模型;由此将常规PID控制和模糊控制两种控制策略结合起来,构成模糊自适应PID控制;该控制方法在液压万能材料试验机上获得了良好的应力速率、应变速率、位移速率控制以及定荷、定应变、定位移控制的试验结果,使控制性能得到了改善。 展开更多
关键词 材料试验机 模糊自适应PID控制 应力速率 应变速率 位移速率
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高应变速率下铝、铜合金弹、塑性本构关系的试验研究 被引量:2
9
作者 陆辛 费仁元 +4 位作者 初红艳 海锦涛 杨鲁义 张立斌 刘宇 《塑性工程学报》 CAS CSCD 2001年第4期44-46,共3页
本文通过旋转盘式冲击试验 ,对铝、铜合金在高应变速率下弹塑性本构关系进行探讨 。
关键词 高应变速率 铝合金 铜合金 冲击试验 弹塑性 本构关系 试验 材料力学
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液压万能材料试验机的PID控制 被引量:3
10
作者 陈智军 蔡增伸 +1 位作者 王海勇 王从贤 《浙江工业大学学报》 CAS 2004年第2期228-233,共6页
如何科学有效地达到对材料试验机的应力速率及应变速率控制,是目前试验机领域的关键问题。PID控制是应用最为广泛的一种自动控制方法,在液压控制系统中具有广泛的应用,但目前普遍采用的增量式PID控制,其控制效果理想与否取决于控制参数K... 如何科学有效地达到对材料试验机的应力速率及应变速率控制,是目前试验机领域的关键问题。PID控制是应用最为广泛的一种自动控制方法,在液压控制系统中具有广泛的应用,但目前普遍采用的增量式PID控制,其控制效果理想与否取决于控制参数KP、KI、KD的调整。由此在原有基础上作了一定改进,得到比例积分适时调整PID控制方法。该控制方法在液压万能材料试验机上获得了良好的应力速率、应变速率、位移速率控制以及定荷、定应变、定位移控制的试验结果,使控制性能得到了较大改善。 展开更多
关键词 液压万能材料试验机 PID控制 应力速率 应变速率 位移速率 定位移控制
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中高应变率大能量高速材料试验机 被引量:2
11
作者 杨道明 李树奎 +2 位作者 李紫桐 崔春赢 滕军 《兵器材料科学与工程》 CSCD 北大核心 1994年第4期58-63,共6页
利用液气高速锤作为大能量发生装置,设计制作了相应的载荷转换与诚样夹持装置,配以先进的高频响测试系统,研制开发出一种中高应变率大能量冲击材料实验机及实验技术,该机打击能量高达5000J,打击速度最大为40m/s。可使试... 利用液气高速锤作为大能量发生装置,设计制作了相应的载荷转换与诚样夹持装置,配以先进的高频响测试系统,研制开发出一种中高应变率大能量冲击材料实验机及实验技术,该机打击能量高达5000J,打击速度最大为40m/s。可使试样产生大变形,特别适于热与机械动耦合效应的研究。着重分析了惯性力对测试波形的影响。 展开更多
关键词 高应变速率 材料试验机 冲击
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Constitutive Modeling for Ti-6Al-4V Alloy Machining Based on the SHPB Tests and Simulation 被引量:5
12
作者 CHEN Guang KE Zhihong +1 位作者 REN Chengzu LI Jun 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第5期962-970,共9页
A constitutive model is critical for the prediction accuracy of a metal cutting simulation. The highest strain rate involved in the cutting process can be in the range of 104-106 s 1. Flow stresses at high strain rate... A constitutive model is critical for the prediction accuracy of a metal cutting simulation. The highest strain rate involved in the cutting process can be in the range of 104-106 s 1. Flow stresses at high strain rates are close to that of cutting are difficult to test via experiments. Split Hopkinson compression bar (SHPB) technology is used to study the deformation behavior of Ti-6Al-4V alloy at strain rates of 10 -4-10 4s- 1. The Johnson Cook (JC) model was applied to characterize the flow stresses of the SHPB tests at various conditions. The parameters of the JC model are optimized by using a genetic algorithm technology. The JC plastic model and the energy density-based ductile failure criteria are adopted in the proposed SHPB finite element simulation model. The simulated flow stresses and the failure characteristics, such as the cracks along the adiabatic shear bands agree well with the experimental results. Afterwards, the SHPB simulation is used to simulate higher strain rate(approximately 3 × 10 4 s -1) conditions by minimizing the size of the specimen. The JC model parameters covering higher strain rate conditions which are close to the deformation condition in cutting were calculated based on the flow stresses obtained by using the SHPB tests (10 -4 - 10 4 s- 1) and simulation (up to 3 × 10 4 s - 1). The cutting simulation using the constitutive parameters is validated by the measured forces and chip morphology. The constitutive model and parameters for high strain rate conditions that are identical to those of cutting were obtained based on the SHPB tests and simulation. 展开更多
关键词 constitutive model Ti-6Al-4V alloy SHPB test high strain rate MACHINING
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金属材料高应变速率拉伸试验的应用及现状 被引量:7
13
作者 刘鹏鹏 叶又 +2 位作者 魏一凡 王彩梅 李迎超 《理化检验(物理分册)》 CAS 2018年第9期641-646,共6页
随着汽车开发周期的缩短,材料基础数据库的需求越来越迫切,钢材在动态条件下的力学性能检测变得尤为重要。不同试验室采用的测试标准、设备及数据处理方法不同,生成的数据通常不具有可比性。为了提高金属材料在高应变速率拉伸试验条件... 随着汽车开发周期的缩短,材料基础数据库的需求越来越迫切,钢材在动态条件下的力学性能检测变得尤为重要。不同试验室采用的测试标准、设备及数据处理方法不同,生成的数据通常不具有可比性。为了提高金属材料在高应变速率拉伸试验条件下的数据质量,对高速拉伸试验中的测试标准、试验设备、数据处理方法等关键试验要素进行了详细的分析。结果表明:高应变速率拉伸试验在试验设备和试验标准方面都需要进行一些改善。 展开更多
关键词 高应变速率拉伸试验 力学性能 应变速率 金属材料
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花岗岩和混凝土动态拉伸性能研究 被引量:9
14
作者 翟越 赵均海 门玉明 《西安建筑科技大学学报(自然科学版)》 CSCD 北大核心 2009年第3期334-339,共6页
为了研究岩石类材料在高加载率下的动态拉伸性能,利用纯铜波形整形器改进后的分离式Hopkin-son压杆装置(SHPB),在不同加载率下分别对花岗岩和混凝土试件进行了动态巴西圆盘实验.基于实验结果,分析了岩石类材料的动态拉伸破坏时间、劈裂... 为了研究岩石类材料在高加载率下的动态拉伸性能,利用纯铜波形整形器改进后的分离式Hopkin-son压杆装置(SHPB),在不同加载率下分别对花岗岩和混凝土试件进行了动态巴西圆盘实验.基于实验结果,分析了岩石类材料的动态拉伸破坏时间、劈裂破坏模式、动态拉伸应变和拉伸应力的加载率相关性规律.通过对比研究表明岩石类材料在高加载率下抗拉强度的加载率敏感性远大于其抗压强度,混凝土的动态力学性能的加载率敏感性大于花岗岩. 展开更多
关键词 岩石类材料 SHPB 高应变率 动态巴西圆盘 动态拉伸强度
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金属材料动态力学参数试验获取方法 被引量:2
15
作者 程远征 刘建湖 +4 位作者 潘建强 孟利平 王海坤 毛海斌 杨静 《中国测试》 CAS 北大核心 2016年第10期107-112,共6页
获取合理的金属材料动态本构,需要试验提供准确的材料动态力学参数。目前大多数试验采用准静态材料试验机和霍普金森杆进行,导致中、低段应变率试验数据的缺失,为对数据进行补充,该文在上述两种试验装置基础上,采用Instron高速材料试验... 获取合理的金属材料动态本构,需要试验提供准确的材料动态力学参数。目前大多数试验采用准静态材料试验机和霍普金森杆进行,导致中、低段应变率试验数据的缺失,为对数据进行补充,该文在上述两种试验装置基础上,采用Instron高速材料试验机,对Q345钢进行动态拉伸试验,得到覆盖较广应变率的试验数据,并对试验试件的设计和修正、试验数据的处理方法以及Q345钢动态本构模型的拟合方法开展研究,总结形成一套系统的金属材料动态力学参数的试验获取方法,为建立其他材料的动态本构模型提供依据。 展开更多
关键词 Instron高速材料试验机 应变率 材料动态力学参数 试验方法
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基于数值模拟研究岩石材料冲击载荷下的动态抗压强度增强 被引量:4
16
作者 卢玉斌 李云桂 于水生 《矿物学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期131-136,共6页
为了确定岩石材料在SHPB实验中的真实应变率效应,需要去除实验中的横向惯性效应和端面摩擦效应作用引起的动态抗压强度增量。本文假定材料的真实应变率效应、横向惯性效应和端面摩擦效应三者不相关,基于数值模拟的方法确定岩石材料的横... 为了确定岩石材料在SHPB实验中的真实应变率效应,需要去除实验中的横向惯性效应和端面摩擦效应作用引起的动态抗压强度增量。本文假定材料的真实应变率效应、横向惯性效应和端面摩擦效应三者不相关,基于数值模拟的方法确定岩石材料的横向惯性效应和端面摩擦效应。将从SHPB实验中得到的动态抗压强度数据减去分别由横向惯性效应和端面摩擦效应引起的动态压缩强度增强量,即可获得岩石类材料在SHPB实验中的真实应变率效应。 展开更多
关键词 岩石材料 冲击载荷 动态抗压强度 应变率效应 侧向围压效应 SHPB实验
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爆炸与冲击载荷下结构和材料动态响应研究的新进展 被引量:71
17
作者 王礼立 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期81-88,共8页
对激波与高应变率现象的基础问题及应用国际学术会议 (EXPLOMET 2 0 0 0 )和第 2 0届国际理论与应用力学大会 (ICTAM— 2 0 0 0 )上有关爆炸冲击载荷下结构和材料动态响应的研究论文进行了回顾和综合分析。分别从应力波。
关键词 爆炸冲击载荷 动态响应 结构材料 高应变率
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用低周疲劳加载实现中等应变速率下岩石动态破坏的新方法 被引量:4
18
作者 马春德 李夕兵 史雁平 《矿业研究与开发》 CAS 2004年第1期11-13,共3页
采用低周疲劳加载方法在Instron电液伺服控制材料试验机上实现了岩石中等应变速率下的动态加载破坏试验。为研究岩石在中等应变速率下的动态加载或动静组合加载的破坏特性及本构关系提供了一种可行的试验方法。试验结果表明:随着加荷频... 采用低周疲劳加载方法在Instron电液伺服控制材料试验机上实现了岩石中等应变速率下的动态加载破坏试验。为研究岩石在中等应变速率下的动态加载或动静组合加载的破坏特性及本构关系提供了一种可行的试验方法。试验结果表明:随着加荷频率的增加,岩石试件的平均应变速率也增加,当加荷频率大于0.5Hz时,平均应变速率就可以稳定地达到10-2s-1;在保持加荷频率不变的情况下,在岩石材料的弹性变形范围内改变预静载的大小,对岩石试件的平均应变率的影响不大,可以近似地认为加荷频率相同,应变速率也相同。 展开更多
关键词 岩石破坏 中等应变速率 电液材料试验机 低周疲劳加载 动静组合加载
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比例积分适时调整PID控制及其在液压试验机中的应用 被引量:2
19
作者 陈智军 蔡增伸 +1 位作者 王海勇 王从贤 《机床与液压》 北大核心 2004年第1期50-52,共3页
本文介绍了一种比例积分适时调整PID控制方法及其在微机控制电液万能材料试验机中的实际应用 ,从而在万能试验机上获得了良好的应力速率、应变速率、位移速率控制以及定荷、定应变。
关键词 比例积分适时调整 PID控制 万能材料试验机 应力速率 应变速率 位移速率
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核电工程材料的应力腐蚀破裂研究 被引量:7
20
作者 杨武 《腐蚀科学与防护技术》 CAS CSCD 1995年第2期87-92,共6页
采用慢应变速率试验(SSRT)和U型弯曲试验技术研究了水中杂质离子、溶解氧(DO)、外加电位以及温度等对核电工程材料304不锈钢(SS)、316SS以及A533B压力容器用钢在高温水中应力腐蚀破裂(SCC)的影响,并... 采用慢应变速率试验(SSRT)和U型弯曲试验技术研究了水中杂质离子、溶解氧(DO)、外加电位以及温度等对核电工程材料304不锈钢(SS)、316SS以及A533B压力容器用钢在高温水中应力腐蚀破裂(SCC)的影响,并结合电化学测试和表面膜分析结果进行了讨论,还根据304SS的U型弯曲和SSRT结果的差异提出了SCC加速试验的选择原则建议。 展开更多
关键词 工程材料 应力腐蚀破裂 核电站 弯曲试验 反应堆
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