CN107843507A - 一种带缺口试样的环境疲劳试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带缺口试样的环境疲劳试验方法，其包括：确定应力集中系数和刃口尺寸；进行缺口疲劳试样的等效应力应变关系计算，得到缺口试样缺口根部与光滑试样相同应变幅值的施加载荷；在经过试验验证后，通过有限元分析软件计算得到室温空气中和高温高压水介质下缺口试样不同应变幅值所需要施加的载荷值；将试样放入高温高压循环水腐蚀疲劳测试系统，采用应力控制模式进行疲劳试验，得到不同应变幅值的疲劳寿命。本发明提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法，能够实现对实际工况中带缺陷部件材料的疲劳性能的评估。

Description

一种带缺口试样的环境疲劳试验方法
技术领域
本发明涉及轻水堆介质下的环境疲劳研究领域，具体涉及一种带缺口试样的环境疲劳试验方法。
背景技术
轻水堆高温高压水环境也会弱化核电结构材料的疲劳性能，美国、日本、欧洲等核电发达国家广泛开展了核电材料的高温高压水环境促进疲劳效应(EAF)的研究。近些年的实验数据表明，核电厂工程设计采用的ASME疲劳设计曲线，在某些特定载荷与环境因素的联合作用下，仍存在安全裕度不足或过于保守的问题，即存在EAF效应。目前，美国NRC要求新建核电站必须充分考虑LWRs环境对结构材料疲劳性能的影响；美国ASME委员会建议在设计曲线中考虑EAF，并正在讨论如何修正原有的ASME疲劳设计曲线，但仍然缺乏核电关键材料的有效的环境疲劳强度数据。因此如何在设计、监管、安全评估中充分合理考虑EAF效应，发展相应的EAF损伤评价方法，也是国内外目前亟待解决的难点之一。
模拟核电高温高压水腐蚀疲劳实验目前尚无统一标准参照，国内在核电关键材料高温高压水EAF方面的研究几乎为空白，很大的原因是受模拟实验设备和实验技术的限制。一般常规的疲劳试验通常采用光滑试样，但是通常的结构材料都是带有缺陷的，所以光滑试样无法对已有缺陷的部件结构材料的疲劳性能进行有效的评估，也无法评价带缺陷结构材料的EAF损伤效应。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种带缺口试样的环境疲劳试验方法。
带缺口试样的环境疲劳试验方法包括如下步骤：
确定应力集中系数和刃口尺寸；
进行缺口疲劳试样的等效应力应变关系计算，得到缺口试样缺口根部与光滑试样相同应变幅值的施加载荷；
在经过试验验证后，通过有限元分析软件计算得到室温空气中和高温高压水介质下缺口试样不同应变幅值所需要施加的载荷值；
将试样放入高温高压循环水腐蚀疲劳测试系统，采用应力控制模式进行疲劳试验，得到不同应变幅值的疲劳寿命。
优选地，将环境疲劳试验结果拟合分析并进行机制研究。
优选地，根据理论计算或有限元分析软件计算来确定所述应力集中系数和刃口尺寸。
优选地，通过有限元分析软件进行缺口疲劳试样的等效应力应变关系计算。
优选地，考虑试验装置部件间的摩擦力，应对摩擦力进行测量和补偿。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法，能够实现对实际工况中带缺陷部件材料的疲劳性能的评估。
2、本发明提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法，发展了国内在高温高压水环境下的疲劳试验技术，采用缺口试样的应力控制疲劳试验方法可以评价核电构件材料高温高压水环境疲劳强度性能和EAF效应。
3、本发明提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法，缺口试样形状简单，易于加工；通过有限元计算获得高温高压水介质下缺口试样不同应变幅值所需要施加的载荷值，计算方法简单易行；应力控制模式进行环境疲劳试验，试验结果真实可信。
4、本发明提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法，通过试样缺口部位的应力集中，可缩短疲劳裂纹萌生时间，获得材料真实、稳定的疲劳性能数据。
附图说明
图1为本发明提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法所设计的带缺口环境疲劳试样；
图2为带缺口环境疲劳试样的实物照片；
图3为本发明提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法中缺口试样的有限元计算结果之一；
图4为本发明提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法中316不锈钢的环境疲劳试验结果和拟合结果；
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1和2所示，进行带缺口试样的形状设计及应力集中系数计算和缺口尺寸的确定，具体可根据航空工业部科学技术委员会出版的《应力集中系数手册》或理论计算或有限元分析软件计算。
如图3所示，通过有限元分析软件进行缺口疲劳试样的等效应力应变关系计算，得到缺口试样缺口根部与光滑试样相同应变幅值的施加载荷。
试样放入高温高压循环水腐蚀疲劳测试系统，采用应力控制，在载荷控制疲劳试验过程中，需要考虑试试验装置部件间的摩擦力，应对摩擦力进行测量和补偿，以减少实验误差。
经过在室温空气中光滑试样和缺口试样的应力应变关系的试验验证后，通过有限元分析软件计算得到室温空气中和高温高压水介质下缺口试样不同应变幅值所需要施加的载荷值。
将缺口试样放入高温高压循环水腐蚀疲劳测试系统，采用应力控制模式进行疲劳试验，得到不同应变幅值下的疲劳寿命。
如图4所示，环境疲劳试验结果拟合分析、断口分析及其机制研究。
与现有技术相比，本实施例具有以下有益效果：
1、本实施例提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法，能够实现对实际工况中带缺陷部件材料的疲劳性能的评估。
2、本实施例提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法，发展了国内在高温高压水环境下的疲劳试验技术，采用缺口试样的应力控制疲劳试验方法可以评价核电构件材料高温高压水环境疲劳强度性能和EAF效应。
3、本实施例提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法，缺口试样形状简单，易于加工；通过有限元计算获得高温高压水介质下缺口试样不同应变幅值所需要施加的载荷值，计算方法简单易行；应力控制模式进行环境疲劳试验，试验结果真实可信。
4、本实施例提供的带缺口试样的环境疲劳试验方法，通过试样缺口部位的应力集中，可缩短疲劳裂纹萌生时间，获得材料真实、稳定的疲劳性能数据。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本领域技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种带缺口试样的环境疲劳试验方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定应力集中系数和刃口尺寸；
进行缺口疲劳试样的等效应力应变关系计算，得到缺口试样缺口根部与光滑试样相同应变幅值的施加载荷；
在经过试验验证后，通过有限元分析软件计算得到室温空气中和高温高压水介质下缺口试样不同应变幅值所需要施加的载荷值；
将试样放入高温高压循环水腐蚀疲劳测试系统，采用应力控制模式进行疲劳试验，得到不同应变幅值的疲劳寿命。
2.根据权利要求1所述的带缺口试样的环境疲劳试验方法，其特征在于，将环境疲劳试验结果拟合分析并进行机制研究。
3.根据权利要求1所述的带缺口试样的环境疲劳试验方法，其特征在于，根据理论计算或有限元分析软件计算来确定所述应力集中系数和刃口尺寸。
4.根据权利要求1所述的带缺口试样的环境疲劳试验方法，其特征在于，通过有限元分析软件进行缺口疲劳试样的等效应力应变关系计算。
5.根据权利要求1所述的带缺口试样的环境疲劳试验方法，其特征在于，考虑试验装置部件间的摩擦力，应对摩擦力进行测量和补偿。
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