基于J~Q双参数准则的含缺陷焊接接头失效评定曲线研究(Ⅱ)

基于均匀材料裂纹结构应力应变场解的研究现状，考虑了应力三轴性对焊接接头裂纹尖端应力应变场的影响，建立了基于J～Q双参数准则的焊接接头失效评定曲线。对于焊接接头力学不均匀性对J积分和三轴性应力因子Q的影响，利用有限元数值解研究了J积分和Q因子的分布规律，结合工程实际，进一步通过曲线拟合得到了焊接接头失效评定曲线中各参量的工程估算方法。     

力学失配对电子束焊接接头疲劳裂纹扩展行为的影响

研究了高温合金电子束焊接接头区的疲劳裂纹扩展行为,深入分析了接头区力学失配对疲劳裂纹扩展方向及疲劳裂纹扩展速率的影响规律。结果表明,由于力学不均匀性的影响,电子束焊接接头的疲劳裂纹扩展具有不稳定性,位于高匹配焊接区的疲劳裂纹偏离原裂纹扩展方向,跨越焊接区与母材,呈复合型扩展;焊接区疲劳裂纹的集团使得裂纹尖端有效应力强度因子减小,因而焊缝区裂尖局部有效裂纹扩展驱动力下降,导致接头的疲劳裂纹扩展速率下     

基于J~Q双参数准则的含缺陷焊接接头失效评定曲线(Ⅰ)

针对应力三轴性对裂纹尖端应力应变场的影响，结合均匀材料裂纹结构应力应变场的研究成果，提出了能反映焊接接头裂端实际应力应变场的J～Q双参数准则，并在此基础上得到了含缺陷焊接接头失效评定曲线的建立方法。通过有限元计算，分析了材料组配以及裂纹几何对文中所建立的焊接接头失效评定曲线的影响。基于工程实际，最后讨论了J～Q双参数焊接接头失效评定曲线的应用。     

残余应力场下核电焊接接头应力腐蚀裂纹扩展特性研究

焊接残余应力是引发核电一回路安全端异种金属焊接接头应力腐蚀开裂(SCC)裂纹的主要应力来源。借助ABAQUS软件中的扩展有限元方法(XFEM),通过建立安全端焊接接头有限元模型,研究了残余应力场下裂纹的扩展规律,并利用子模型技术研究了裂纹尖端应力应变场分布规律。研究结果表明,随着裂纹的不断扩展,裂纹的长度增加,塑性变形的面积增加,裂纹偏移量增大。裂纹扩展初期,裂尖附近很大范围内存在较高的应力,随着裂纹的不断扩展,裂尖附近的应力不断减小。     

几何拘束对镍基合金裂纹扩展速率影响的有限元分析

裂尖拘束效应对镍基合金应力腐蚀裂纹(SCC)扩展速率有很大影响。为提高在役核电焊接接头SCC裂纹扩展速率(CGR)的预测精度,对不同拘束状态下的裂纹尖端微观力学场和表征SCC裂纹扩展速率的主要参量进行了研究,分析了试样厚度和裂纹长度这两种几何拘束条件对CGR的影响。结果表明:厚试样的SCC裂纹扩展速率更大,低载荷水平条件下,试样厚度引起的裂尖拘束效应对CGR的影响较明显;而高载荷水平条件下,不同厚度试样的裂尖拘束度趋于一致;对于两种不同的拘束条件,试样厚度引起的拘束效应对CGR的影响大于裂纹长度对其的影响。     

不均匀性对焊接接头应力腐蚀开裂的影响

通过试验，研究了模拟钢焊接接头的非均匀体在３．５％ＮａＣｌ溶液中的应力腐蚀开裂（ＳＣＣ）行为，讨论了力学不均匀性对应力腐蚀行为的影响规律，发现：（１）由于力学不均匀性的影响，由４３４０钢，１６Ｍｎ钢和Ａ３钢组成的不均匀体，其应力腐蚀裂纹的扩展速率ｄａ／ｄｔ│Ⅱ；（２）不均匀体发生ＳＣＣ的断口形貌为（沿晶＋少量撕裂纹）的混合型断口，应力强度因子Ｋ值较高或硬夹层较窄时，撕裂纹数量增加（３）１６Ｍｎ钢和     

316L奥氏体不锈钢在高温水中的应力腐蚀

为了得到裂纹尖端应力强度因子(K)、塑性变形量及水化学对316L奥氏体不锈钢在核电厂高温高压水中应力腐蚀开裂(SCC)的影响规律,采用dK/dt和dK/da两种不同的降K方式,在含氧与含氢高温水中,研究了冷变形316L不锈钢应力腐蚀裂纹扩展速率(CGR)与K值的关系。结果表明:在高变形量和苛刻的腐蚀环境条件下,316L不锈钢的应力腐蚀CGR对K值的依赖性降低;同时,降K加载过程得到的CGR比恒K加载时的低。     

力学/化学交互作用对钢质输油管道焊接接头电化学性能的影响

输油管道的可靠性与安全性在实际使用条件下既取决于金属的性能,也取决于其表面不均匀性在活性溶液作用下的电化学特性。这些外部因素能够加速其力学化学效应。焊接接头具有较高的电化学不均匀性——宏观与微观结构的非均匀性,各区域不等值的残余应力分布,取决于焊接接头的形式及大小和缺陷。降低焊接接头性能的不均匀性,可以通过选择焊接材料和调整工艺等来实现。就动载荷条件下的力学/化学交互作用对焊接接头电化学特性的影响进行了试验,试验结果表明,在动载条件下力学/化学交互作用的影响是明显的,并且变形金属的腐蚀速率是不均匀的。     

宏观力学不均匀性对焊接接头动态J积分的影响

焊接接头是一个宏观力学不均匀体，力学不均匀性对焊接接头的动态断裂行为有重要的影响。采用MARC有限元程序，对含焊缝中心裂纹的低匹配焊接接头三点弯曲试样的动态断裂响应进行了计算模拟，并采用虚拟裂纹扩展方法计算了动态J积分断裂参量。作为比较，计算了相同条件下全母材及全焊缝三点弯曲试样的动态响应。由于惯性效应的作用，动态载荷响应曲线周期振动，焊接接头试样的动态载荷响应值介于全母材与全焊缝之间。用虚拟裂纹扩展方法计算的动态J积分与路径无关，惯性效应对动态J积分基本没有影响。低匹配焊接接头的动态J积分低于全母材而高于全焊缝。研究结果为承受动载的焊接结构安全评定奠定了基础。     

高温水环境中镍基合金力学性能对裂尖力学化学效应的影响（英文）

力学与化学相互作用引起的力学化学效应会加速核电站中镍基合金的应力腐蚀开裂行为。焊接接头材料力学性能的不均匀性,将间接影响材料的力学化学效应。采用标准紧凑拉伸试样和有限元方法,研究得到了高温水环境中600合金屈服强度和硬化指数对裂纹尖端表面力学化学效应的影响,分析了弹性和塑性变形对裂纹尖端力学化学效应的作用。结果表明,600合金裂尖表面的力学化学效应受到屈服强度变化的影响,但硬化指数对裂尖表面力学化学效应的影响不明显。     

高温水环境中镍基合金力学性能对裂尖力学化学效应的影响

力学与化学相互作用引起的力学化学效应会加速核电站中镍基合金的应力腐蚀开裂行为。焊接接头材料力学性能的不均匀性,将间接影响材料的力学化学效应。本文采用标准紧凑拉伸试样和有限元方法,研究得到了高温水环境中600合金屈服强度和硬化指数对裂纹尖端表面力学化学效应的影响,分析了弹性和塑性变形对裂纹尖端力学化学效应的作用。结果表明600合金裂尖表面的力学化学效应受到屈服强度的变化的影响,但硬化指数对裂尖表面力学化学效应的影响不明显。     

奥氏体不锈钢焊接接头的疲劳性能分析

采用单点法并在拉伸载荷的作用下,对304L和316L奥氏体不锈钢等离子弧焊接头的疲劳性能进行测试,得出应力比为0.1条件下的304L与316L奥氏体不锈钢焊接接头的疲劳极限分别为280 MPa和300 MPa;扫描电镜的观察显示奥氏体不锈钢焊接接头的疲劳裂纹扩展区均可见疲劳条带,以穿晶方式扩展,为典型的韧性断裂特征.     

单次超载对异种金属焊接接头应力腐蚀裂纹尖端力学场的影响

利用有限元软件研究了单次超载对异种金属焊接接头应力腐蚀裂纹扩展的影响。对由镍基合金182与高强度不锈钢A508组成的双材料焊接接头的裂尖应力、应变场进行了分析,得出裂尖在超载后产生的力学变化。结果表明:超载使材料发生屈服,产生残余压缩应力;随着超载系数增大,裂尖残余压缩应力值变大;对于此种双材料焊接接头,裂尖最大应变值出现在裂尖前方-45°和45°方向。     

X65管线钢焊接接头H2S应力腐蚀研究及其有限元数值分析

在X65管线钢H2S应力腐蚀试验的基础上，建立了三维弹塑性有限元模型．通过三维弹塑性有限元的数值分析，得到了裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征．通过对X65管线钢焊接接头的显微组织观察和基本力学性能研究，对影响其应力腐蚀影响因素提供了实验依据．并根据楔形张开加载恒位移试样得出了X65管线钢焊接接头的临界应力强度因子KISCC和裂纹扩展速率，其应力腐蚀试验结果在有限元数值分析中得到了验证。     

X80管线钢焊接接头SSCC研究及数值模拟

硫化氢应力腐蚀破裂(sulfide stress corrosion cracking,SSCC)是制约管线钢应用的主要因素.针对X80管线钢焊接接头进行恒位移硫化氢应力腐蚀试验研究,分别测得母材、焊缝和热影响区的应力强度因子门槛值KISCC和裂纹扩展速率da/dt.通过对X80管线钢焊接接头的金相显微组织、断口形貌观察以及硬度测试,分析了X80管线钢SSCC性能的影响因素.并对WOL试样进行了三维弹塑性有限元分析,得到裂纹尖端应力场分布和氢浓度的分布特征.结果表明,热影响区的KISCC最小,裂纹扩展速率最大,具有较差的抗应力腐蚀开裂的能力,其应力腐蚀试验结果与有限元数值分析相互验证.     

氯化铁溶液中316L和HR-2不锈钢的腐蚀行为研究

分别采用浸泡腐蚀实验、电化学测试技术、扫描电化学显微镜(SECM)分析技术和慢应变速率拉伸(SSRT)及应力腐蚀(SCC)实验方法对比研究了316L和HR-2奥氏体不锈钢在三氯化铁溶液中的腐蚀行为,并探讨了腐蚀机理。结果表明,不受力条件下316L和HR-2不锈钢的耐腐蚀性能均较好,316L钢呈现出较轻的点腐蚀现象。在动态拉应力作用下,316L和HR-2不锈钢均表现出较高的应力腐蚀开裂敏感性,原因是拉应力促进了不锈钢表面钝化膜的破裂,加速应力腐蚀裂纹的萌生和扩展。316L不锈钢的SCC敏感性稍高于HR-2不锈钢,归因于316L不锈钢点蚀敏感性稍高,因而表面钝化膜在动态拉伸载荷作用下更易于破裂。     

应力腐蚀开裂过程中的表面形变

应力腐蚀开裂是一种比较复杂的现象,不仅与裂纹尖端的力学状态有关,而且与裂纹尖端附近的腐蚀介质条件及受应力腐蚀的材料的性质和状态有关。按照断裂力学的观点,即使对于厚度满足平面应变条件的试样,在受载后,试样表面层也并不处于平面应变状态,而是处于平面应力状态.对于这种试样进行应力腐蚀试验,单从力学因素来说,裂纹应优先在试样厚度中心部位(处于三轴应力状态)处扩展,在试样表面层,由     

T型焊接接头弯曲疲劳寿命预测方法

采用数值模拟方法对弯曲载荷下T型焊接接头疲劳裂纹由萌生至断裂过程进行研究,将焊接构件疲劳总寿命分为裂纹萌生寿命和裂纹扩展寿命,提出一种基于缺口效应和断裂力学的疲劳寿命预测方法。首先针对T型接头进行有限元建模,基于应变-寿命曲线与Neuber公式计算T型接头局部应变集中区域的裂纹萌生寿命,并将这一阶段结束时的初始裂纹设为半椭圆形表面裂纹;然后在T型接头中创建与实际裂纹相符的半椭圆形状裂纹,结合Dugdale模型和Westergaard应力函数,根据有限元分析结果迭代计算半椭圆裂纹尖端的真实应力强度因子,建立裂纹尖端应力强度因子随裂纹深度及附加应力变化的拟合公式;最后结合Pairs理论计算焊接构件裂纹扩展寿命,并与T型接头弯曲试验结果进行对比验证。结果表明:基于缺口效应和断裂力学的疲劳寿命预测值在试验结果的两倍误差带内,与试验结果具有较好的一致性;相同条件下,T型接头焊趾应力强度因子相比平面应变状态增加了25%; T型接头弯曲疲劳强度比拉伸疲劳强度高12%。     

窄间隙焊接接头断裂力学参量J积分数值计算

根据焊接接头微区性能不均匀性,提出了微区匹配概念,采用微冲剪方法测试了核电焊接转子窄间隙焊接接头的抗剪强度,并由均质母材拟合确定了抗剪强度与屈服强度间的关系,反推得到整体焊接接头微区屈服强度,研究了焊接力学不均匀性对断裂力学参量J积分的影响.结果表明,当加载位置不同时J积分都随着载荷的增加而逐渐增大,且当载荷高于0.8倍极限载荷时,裂纹尖端进入塑形阶段,J积分值增长迅速.在相同的裂纹长度和载荷作用下,微区低匹配J积分值要高于微区高匹配J积分值,但加载区域微区匹配的不均匀性会使J积分值产生微区波动.     

考虑参数随机性的应力腐蚀裂尖力学特性分析

以高韧性的核电压力容器A508-3钢为研究对象,将影响裂纹扩展的主要物理参量作为随机变量,研究应力腐蚀裂尖力学特性的随机性问题。首先建立恒应力强度因子条件下三点弯曲试样的有限元模型,试样的网格划分采用应变减缩积分单元;为了提高有限元在结构随机性分析中的效率,基于拉丁超立方抽样技术,编制Matlab-Abaqus联合的裂尖力学特性计算程序;最后通过算例,分析了随机参数对裂纹尖端应力应变场的影响,并验证了所用方法的可行性。研究结果表明,物理参数的随机性对裂尖力学特性的影响不容忽略,在参数变异系数相同的情况下,屈服应力的随机性对裂尖应力应变场的影响最大。