晶间扩展裂纹尖端力学场的数值模拟分析

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压水堆核电构件安全端焊接接头由于需要承载腐烛、高温、高压、中子福照、疲劳载荷以及冲击载荷和热应力的共同作用,故其往往是发生失效的薄弱环节。应力腐蚀裂纹、疲劳裂纹、制造缺陷等是引起异种金属焊接接头各种缺陷的常见因素。针对晶间腐蚀裂纹,核电构件安全端焊接接头的应力腐蚀裂纹都是沿晶扩展,晶间断裂是其众多失效形式中较为常见的一种。本文利用有限元仿真软件ABAQUS,以压水堆核电构件安全端焊接接头为研究对象,对晶间扩展裂纹尖端力学场进行数值模拟计算,旨在分析不同参数对晶间扩展裂纹尖端力学场相关表征量的影响,研究不同因素对晶间扩展裂纹尖端力学场的作用方式和影响规律,进一步加深对晶间扩展裂纹尖端力学场的了解和认识,为正确的预防和处理晶间扩展裂纹提供有效的依据。本文的主要研究内容如下:(1)区分晶粒与晶界组织材料,确定用于分析计算的材料模型和几何模型,建立有限元模型,利用剖分法思维划分晶粒和晶界的显微结构,对其分别赋予不同的材料属性,并以此为基础建立晶间扩展裂纹的有限元计算模型;(2)宏观尺度下,利用变参量法,在建立晶间扩展裂纹全局计算模型的基础上,观察力学和材料因素对子模型边界的作用方式和影响规律;(3)介观尺度下,通过建立不同晶粒尺寸的有限元分析模型,得到晶间扩展裂纹尖端力学场的各个参量随晶粒尺寸的变化规律;(4)介观尺度下,通过建立不同裂纹长度的有限元计算模型,得到尖端场的各个表征参量随裂纹长度的变化规律;(5)此外,本文还对由全局模型传递给子模型的不同边界条件(材料因素、力学因素)对晶间扩展裂纹尖端力学场分布的影响规律作了具体的分析。
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