WO2013086933A1 - 基于Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标定方法 - Google Patents

基于Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标定方法 Download PDF

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曹昱澎
惠虎
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    • G01N2203/0218—Calculations based on experimental data

Definitions

  • the invention belongs to the field of pressure vessel and safety engineering, and particularly relates to a calibration method for evaluating brittle fracture parameters of materials, that is, a calibration method for evaluating brittle fracture parameters of pressure vessel materials based on Beremin cleavage fracture model. Background technique
  • Nuclear power has become an important part of the world's energy structure. At present, there are 11 reactors in use in China. According to the medium- and long-term development plan of the country's "active development of nuclear power", more than 40 new generations represented by AP1000 will be built in the next 15 years.
  • the one-million-kilowatt advanced pressurized water reactor nuclear power unit has become the fastest growing nuclear power industry in the world.
  • the nuclear pressure vessel is made of ferritic steel, which has a pronounced ductile-brittle transition. Moreover, it has been affected by neutron irradiation during its service, and further increases the ductile-brittle transition temperature of the material, that is, the fracture toughness of the material at the specified working temperature decreases.
  • nuclear power plants need to evaluate the structural integrity of pressure vessels in a variety of possible operating conditions during the design and maintenance phases to ensure that brittle fractures do not occur.
  • the fracture toughness of the ductile-brittle transition zone of the pressure vessel before and after service irradiation is one of the necessary basic data.
  • the local method is one of the main methods for evaluating the brittle fracture failure of pressure vessel materials.
  • the Beremin cleavage fracture model is the most widely used and has been included in the famous defect assessment specification R6.
  • the Beremin model is a cleavage fracture local method model proposed by the F.M Beremin research team in France to study the brittle fracture process of steel for pressure vessels. This model is very suitable for solving the influence of restraint effect on cleavage fracture toughness. It is also good at analyzing the cleavage fracture problem under complex loading conditions (such as multi-axis external load, high-speed adiabatic loading).
  • the Beremin model uses only two parameters, Weibull slope m and Weibull scale parameter, to describe complex cleavage fracture events.
  • the accuracy of the model to predict cleavage fracture is closely related to the value of the parameters. Therefore, the calibration method of Beremin model parameters is a key technology in the evaluation method of brittle fracture failure of pressure vessel materials.
  • Several methods for calibrating Beremin model parameters have been reported abroad. For example, Minami et al., in the "Estimation procedure for the Weibull stress parameters used in the local approach" published in the International Journal of Fracture in 1992, proposed a calibration method based on a single restraint sample; Gao et al.
  • the calibration method proposed by Minami et al. must calculate the model parameters m and by a specially written iterative solver.
  • RGD calibration method it is first necessary to complete the work of deriving the principal stress and the unit volume data of each sample under different loads from the finite element model, and then assuming a series of different values, using the derived data to calculate The tens of stress values of the two specimens under these loads are obtained, and finally the toughness conversion map is established based on the conditions of the equal stress, and the calculation amount is very large.
  • the calibration method proposed by Minami et al. is based on a single restraint sample, and the obtained model parameters have a large degree of uncertainty and are less versatile among different restraint structures.
  • the GRD calibration method and the RGD calibration method are simultaneously calibrated by two kinds of samples, but it is not possible to calibrate the parameters by two or more samples at the same time.
  • both the GRD calibration method and the RGD calibration method can only give one of the most accurate solutions, while ignoring other approximate solutions. Summary of the invention
  • the present invention provides a different restraint sample m ⁇ .
  • the method can be calibrated by a plurality of samples with different degrees of restraint at the same time, and the Beremin model parameters can be easily calculated without affecting the calibration accuracy, and the exact solution of the Beremin model parameters can be obtained without ignoring much. Group approximate solution.
  • the calibration method for the brittle fracture evaluation parameter of the material based on the Beremin model of the present invention includes Next step:
  • the calibration calculation method of the present invention avoids constructing a Toughness Scaling Model (TSM) curve.
  • TMS Toughness Scaling Model
  • a large number of calculations only need to calculate the value of the different m values under the K 0 load, and this calibration algorithm does not affect the calibration accuracy of the Beremin model parameters, and the value can be obtained while the value is obtained by calibration.
  • the calibration method provided by the invention intuitively displays the calibration convergence process, which can be judged by the different situations presented by the intersection of the curves (the case of the solution: if each curve has only one intersection point, it means that only one set of Beremin parameters can be obtained.
  • the calibration method of the present invention can simultaneously calibrate the Beremin model parameters between a plurality of samples (sample types ⁇ 2) on a calibration chart, so as to facilitate the study of the parameters obtained by calibration between different types of samples.
  • 1 is a schematic diagram showing the main flow of the calibration method of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the m ⁇ cr u curve intersection calibration method of the present invention
  • 3 is a Beremin model parameter of 16MnR steel obtained according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 4 is a Beremin model parameter of 16MnR steel obtained according to the RGD calibration method
  • FIG. 5 is a ⁇ 508- ⁇ steel obtained according to Embodiment 2 of the present invention. Beremin model parameters
  • Figure 6 is the Beremin model parameters of ⁇ 508- ⁇ steel obtained according to the RGD calibration method. detailed description
  • FIG. 1 The main flow of the calibration method for the material brittle fracture evaluation parameter based on the Beremin model according to the present invention is shown in FIG. 1 , and specifically includes the following steps:
  • the fracture toughness values of the two specimens at the calibration temperature are estimated based on the principal curve of fracture toughness on the premise that brittle fracture is assumed.
  • the restraint degree of specimen B is low, and the test of ductile-brittle transition zone is tested.
  • the temperature T B is usually relatively low, the degree of restraint of the sample A is high, and the test temperature T A of the ductile-brittle transition zone is generally selectable at a relatively high temperature, and the sample B is at a higher test temperature T A .
  • the fracture mode is likely to be ductile fracture rather than brittle fracture.
  • the high-constrained sample A into the fracture toughness data at the test temperature T B of the sample B having a low degree of restraint, and it is also preferable to press the fracture toughness data of the high-constrained A sample according to the requirements of the ASTM E1921 standard.
  • the Beremin model uses the two-parameter Weibull function to predict the cumulative failure probability P f of the cleavage fracture of the structure, as shown in equation (1):
  • ⁇ denotes the volume of the fracture process zone, "indicates that the fracture process zone has “units, ⁇ represents the maximum principal stress of each element, represents the volume of each unit, Q represents the reference unit volume, and defines the range of the fracture process zone as ⁇ , ⁇ ⁇ where ⁇ is a constant, generally 1 or 2, ffys is the yield strength of the material at the calibration temperature T.
  • the material is domestically produced ordinary pressure vessel steel 16MnR.
  • a 0.5-inch thick three-point bending specimen (0.5T-SE (B:I specimen:)) was selected as the high-constrained specimen, and the ratio of the specimen width W to the specimen thickness B was 2:1.
  • the calibration method for the brittle fracture evaluation parameter of the material based on the Beremin model according to the present invention includes the following steps:
  • the Beremin model parameter values of the 16MnR steel calibrated by the calibration method of the present invention are the same as those of the RGD calibration method.
  • the material is ⁇ 508- ⁇ Steel forgings for domestic nuclear pressure vessels.
  • the 0.5T-SE(B) sample was selected as the high-constrained sample, and the ratio of the sample width W to the sample thickness B was 2:1.
  • the PCVN sample was selected as the low-constrained sample, and the sample width W was equal to the sample thickness B.
  • the calibration method for the brittle fracture evaluation parameter of the material based on the Beremin model according to the present invention includes the following steps:
  • the finite element models of 0.5T-SE(B) and PCVN samples were established respectively, and the finite element model analysis of 0.5T-SE(B) and PCVN samples was used to derive the load of ⁇ 5 ⁇ and ⁇ KPCVN).
  • the principal stress ⁇ ⁇ 4 and volume data at the centroid position of each unit. Define the area where the fracture process area is ⁇ ⁇ ⁇ , and select the units in the fracture process area.
  • the calibration calculation method of the invention avoids a large number of calculations when constructing the toughness conversion model graph, and only needs to calculate a corresponding value under a load, and constitutes a ⁇ i7 u curve of each sample with different degree of restraint. , determine the coordinates of the intersection of these curves, and calibrate the value of the sum.
  • the standard of the present invention is compared with the RGD calibration method.
  • the calculation of the fixed method is significantly smaller, and its calibration result is the same as that of the RGD calibration method.
  • Calibration method compared to RGD (FIG. 4 and FIG. 6), seen in FIG. 3 and FIG.
  • the calibration method of the present invention is a visual representation of the calibration process, different conditions can be determined by the intersection of curve ⁇ ⁇ exhibited ⁇ , ⁇ solution.
  • FIGS. 3 and 5 two steel 16MnR ⁇ (j u curves and ⁇ 508- ⁇ steel iiu two curves is very close in a certain range, the calibration method according to the principles of the present invention, a plurality of sets found (, The approximate solution, especially in Example 2, is quite obvious. If the RGD calibration method will ignore these solutions, only one set of the most accurate solutions can be given.

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Abstract

一种基于Beremin模型的压力容器材料的脆性断裂评定参量标定方法，通过选取至少两种具有不同拘束度的试样，利用每种试样的断裂韧性试验数据，分别计算得到每种试样在同一标定温度下累积失效概率为63.2%时的断裂韧性值K0；测得在所述标定温度下的应力应变曲线，建立每种试样的有限元模型，分别计算得到每种试样在K0载荷下每个单元的最大主应力和单元体积；赋予Weibull斜率m不同数值，计算得到每种试样的Weibull尺度参量σu，作出每种试样的m与σu之间的关系曲线；根据m〜σu曲线的交点坐标得到所述材料的脆性断裂评定参量。与传统的基于韧性换算模型的Beremin模型参量标定方法相比，该方法计算量小，可直观地显示标定的收敛过程。

Description

基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标定方法 技术领域
本发明属于压力容器与安全工程领域， 具体涉及一种材料脆性断裂评定 参量的标定方法， 即基于 Beremin解理断裂模型的压力容器材料脆性断裂评 定参量的标定方法。 背景技术
核电已经成为世界能源结构的重要组成部分， 目前我国有在用反应堆 1 1 座， 按照国家 "积极发展核电" 的中长期发展规划， 未来 15年将新建 40余 座以 AP1000为代表的第三代百万千瓦级先进压水堆核电机组，成为世界上核 电工业发展最快的国家。 作为反应堆的最核心部件， 核压力容器采用铁素体 钢制成， 这类钢具有明显的韧脆转变现象。 而且在服役期间其一直受中子辐 照的影响， 进一歩导致材料的韧脆转变温度升高， 即在规定的工作温度下的 材料断裂韧性会下降。 为了保障核反应堆压力容器结构完整性， 核电站在设 计及使用维护阶段均需要按多种可能出现的工况， 进行压力容器的结构完整 性评估， 以保证不会发生脆断事故。 其中， 压力容器在服役辐照前后的材料 (包括母材、 悍缝及其热影响材料） 韧脆转变区的断裂韧性是必须的基础数 据之一。
局部法是评价压力容器材料脆性断裂失效的一种主要方法。其中 Beremin 解理断裂模型应用最广范， 已被列入著名的含缺陷评定规范 R6中。 Beremin 模型是由法国的 F.M Beremin研究小组，在研究压力容器用钢脆性断裂过程中 提出的一个解理断裂局部法模型。 该模型非常适合解决拘束度效应对解理断 裂韧性的影响， 还擅长分析复杂加载条件下 （例如多轴外载荷， 高速绝热加 载） 的解理断裂问题。
Beremin模型仅用 Weibull斜率 m和 Weibull尺度参量 两个参量来描述 复杂的解理断裂事件， 模型预测解理断裂的准确性与参量的数值密切相关。 因此， Beremin模型参量的标定方法是压力容器材料脆性断裂失效评价方法中 的关键技术。 国外已报道有几种 Beremin模型参量的标定方法。 例如， Minami等人于 1992年在《 International Journal of Fracture》杂志上发表的《 Estimation procedure for the Weibull stress parameters used in the local approach》中， 提出了基于单一 拘束试样的标定方法； Gao等人于 1998年在（Engineering fracture mechanics》 杂志上发表的 《 Calibration of Weibull stress parameters using fracture toughness data》 中， 提出了基于高低拘束不同试样的标定方法 (GRD标定法: Ruggieri 等人于 2000 年在 《 Engineering Fracture Mechanics》 杂志上发表的 《 Transferability of elastic-plastic fracture toughness using the Weibull stress approach: significance of parameter calibration》 中， 在 GRD标定法的基础上简 化得到了一种 Beremin模型参量标定方法 (RGD标定法：)。
然而， 现有方法均存在计算歩骤繁琐， 计算量大等弊端， 有时需要编写 程序完成计算。尤其是 Minami等人提出的标定方法， 必须通过专门编写的迭 代求解程序才能计算得到模型参量 m和 。而采用 RGD标定法时，首先需要 完成从有限元模型中导出两种试样在不同载荷下每个单元的主应力和单元体 积数据的工作， 然后假设一系列不同的 值， 利用导出的数据计算出这两种 试样在这些载荷下的几十个 ^应力值，最后再基于等 ^应力的条件建立韧性 换算图， 计算量十分庞大。
此外， 由 Minami等人提出的标定方法基于单一拘束试样， 得到的模型参 量的不确定度很大， 在不同拘束结构间的通用性较差。 GRD 标定法和 RGD 标定法同时通过两种试样完成标定， 但无法同时通过两种以上的试样标定参 量。另外，当材料的 Beremin模型参量存在多组近似解时， GRD标定法和 RGD 标定法都只能给出其中一组最精确的解， 而忽略其它近似解。 发明内容
针对现有 Beremin模型参量标定方法中存在的问题和不足， 本发明提供 一种基于不同拘束试样 m〜。u曲线交点的参量简化标定方法。 该方法可同时通 过多种不同拘束度的试样进行标定， 在不影响标定精度的情况下， 简便地计 算得到 Beremin模型参量，并且既能获得 Beremin模型参量的精确解， 同时又 不会忽略多组近似解。
本发明的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标定方法包括以 下歩骤：
( 1 )选取至少两种由相同材料制成但具有不同拘束度的试样， 利用每种 试样的断裂韧性试验数据， 分别计算得到每种试样在同一标定温度下累积失 效概率为 63.2%时的断裂韧性值 ;
( 2 )利用在所述同一标定温度下的应力应变曲线建立每种试样的有限元 模型， 分别计算得到每种试样在 载荷下每个单元的最大主应力 σΐ4和单元 体积 ， 其中 i为单元序号；
( 3 ) 赋予 Weibull斜率 m不同数值， 根据下式分别计算得到每种试样的 一组 Weibull尺度参量 ， 作出每种试样的 m与 之间的 Beremin参量特征 曲线；
0"u 二
Figure imgf000005_0001
其中， 《表示断裂过程区共有《个单元， Q表示参考单元体积；
( 4 ) 根据 Beremin参量特征曲线的交点坐标得到所述材料的脆性断裂评 与 GRD标定法和 RGD标定法相比， 本发明的标定计算方法避免了构建 韧性换算模型 (Toughness Scaling Model, TSM)曲线图时的大量计算， 只需要 在 K0载荷下计算不同 m取值时的 ^， 并且这个标定算法不会影响 Beremin模 型参量的标定精度， 在标定获得 值的同时， 即可获得 的值。 本发明提供 的标定方法直观地显示了标定的收敛过程， 可以通过 〜 曲线相交所呈现出 的不同情形来判断 ( , 解的情况： 如果各曲线只有一个交点， 说明只能得 到一组 Beremin参量的解； 如果各曲线在常见的 m值范围内 (5< <40)相互平 行不相交， 则说明无法标定得到一组 Beremin参量； 如果各曲线在一段范围 内基本重合， 则表明存在多组 ( , O的解。 本发明的标定方法， 在一张标定 图上能够在多种试样 (试样种类≥2)之间同时标定 Beremin模型参量， 方便研 究标定所得的参量在不同类型试样间的通用性。 附图说明
图 1是本发明标定方法的主要流程示意图；
图 2是本发明的 m〜cru曲线交点标定法的示意图； 图 3是根据本发明实施例 1得到的 16MnR钢的 Beremin模型参量； 图 4是根据 RGD标定法得到的 16MnR钢的 Beremin模型参量； 图 5是根据本发明实施例 2得到的 Α508-ΠΙ钢的 Beremin模型参量; 图 6是根据 RGD标定法得到的 Α508-ΠΙ钢的 Beremin模型参量。 具体实施方式
本发明所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标定方法的 主要流程如图 1所示， 具体包括以下歩骤：
( 1 )选取至少两种由相同材料制成但具有不同拘束度的试样， 例如高拘 束度的试样 A和低拘束度的试样 B, 分别在韧脆转变区进行断裂韧性测试以 获得两组断裂韧性数据 ),Α、 K]c , 其中， k， j为试验序号， 一般来说， 每组中的数据个数越多，标定得到脆性断裂评定参量 m和 精度越高， 因此， 优选每组中的数据个数不少于 6个， 更优选地不少于 15个。 利用所述断裂韧 性数据分别计算得到试样 A、 B在同一标定温度 T下累积失效概率为 63.2% 的断裂韧性值 ^^和 )。
(1.1) 若在标定温度 T=TA=TB下分别进行试样 A和试样 B的断裂韧性 测试， 获得断裂韧性数据 Mk),A、 K]c B, 则直接计算在标定温度下累积失效 概率为 63.2%的断裂韧性值 和 ^^)。
(1.2) 若在不同试验温度 TA≠TB下分别进行试样 A和试样 B的断裂韧性 测试， 获得不同温度下的断裂韧性数据 eW,A、 K]c , 则可先根据美国材料 试验协会颁布的 ASTM E1921 标准测得材料的断裂韧性主曲线 (Master Curve),再估算出两种试样在标定温度 T下累积失效概率为 63.2%的断裂韧性 值 0。
应当注意， 根据断裂韧性主曲线估算两种试样在标定温度下的断裂韧性 值是在假设发生脆性断裂的前提下进行的， 然而试样 B的拘束度较低， 其韧 脆转变区的试验温度 TB通常相对较低， 试样 A的拘束度较高， 其韧脆转变区 的试验温度 TA通常可选择相对较高的温度， 而试样 B在较高的试验温度 TA 下的断裂模式很可能为韧性断裂， 而非脆性断裂。 因此， 优选将高拘束度的 试样 A转换为低拘束度的试样 B 的试验温度 TB下的断裂韧性数据， 根据 ASTM E1921标准的要求也优选由高拘束 A试样的断裂韧性数据按 E1921标 准测得材料的断裂韧性主曲线 (Master Curve),从而获得在标定温度 T=TB下累 积失效概率为 63.2%的断裂韧性值 ^^。
(2)在上述同一标定温度 T下进行单轴拉伸试验， 从而获得材料的本构 关系， 即应力应变曲线， 建立高拘束 A试样、 低拘束 B试样的有限元模型， 分别导出试样 A和试样 B有限元模型在 和 载荷下每个单元的最大主 应力 σΐ4和单元体积 数据， 其中 i为单元序号。
(3 ) Beremin模型使用双参量 Weibull函数预测结构发生解理断裂的累积 失效概率 Pf， 如式 （1 ) 所示：
dV
σ
f (aJ = l - exp[-(- -)] = ι exp [- (―) ( 1 )
σ,, 式中 = J [ (σ,Τ―, 称为 Weibull应力， 是解理断裂的驱动力； m为
Weibull斜率参量， 与铁素体钢中的微裂紋尺寸分布有关， 其大小反映了数据 的统计分散性； 为 Weibull尺度参量， 反映了材料的微观韧性， 从 Beremin 模型的表达式可以发现， 值等于累积失效概率 尸63.2%时的 值。 因此， f=63.2%时， 可以得到式 （2):
Figure imgf000007_0001
其中： ^表示断裂过程区体积， 《表示断裂过程区有《个单元， σ 表示 每个单元的最大主应力， 表示每个单元的体积， Q表示参考单元体积， 定 义断裂过程区的范围为^，^ ^ 其中 λ为常数， 一般取 1或 2， ffys为标定温 度 T下的材料屈服强度。
假设 Weibull斜率 = Wl、 m2、 3...等一系列数值 （通常取5<^<40的整 数）， 利用歩骤 （2) 中得到的 σΐ4和 数据， 按式 （2) 计算出试样 Α、 试样 Β分别在 和 ^ Β)载荷下的一系列 Weibull应力 的值， 即等同于 Weibull 尺度参量 的值， 作出如图 2所示的两条 〜συ曲线， 即 Beremin参量特征曲
(4 ) 找到图 2中 A、 B试样的 m〜 曲线的交点 0， 根据该交点 0的坐 标即可得到所述材料的脆性断裂评定参量 m和 。 下面以具体实施例对本发明做更详细的说明。 应理解， 以下实施例仅用 于说明的目的， 而非用于限定本发明的范围。 实施例 1
材料为国产普通压力容器钢 16MnR。 选取 0.5 英寸厚三点弯曲试样 (0.5T-SE(B:I试样：)作为高拘束度试样， 试样宽度 W与试样厚度 B之比为 2: 1。 选取预制裂紋的夏比尺寸试样 (PCVN试样)作为低拘束度试样， 试样宽度 W 等于试样厚度 B。 两种试样的名义裂紋深度均为 ao/W=0.5， 跨距 S=4xW。
根据本发明的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标定方法包 括以下歩骤：
( 1 ) 选择在 T=-100°C下， 进行两种试样的断裂韧性试验， 测得断裂韧 性数据 Mo.5T)、 ^MPCVN)分别如表 1、 表 2所示。 利用表 1、 表 2中 16MnR钢 的 o.5T)、 j^pcvN)数据， 计算得到 -100°C下 0.5T-SE(B)和 PCVN两种尺寸试 样的 Κϋ值分别为 。(。.5T)=126.9 MPa ^"，
Figure imgf000008_0001
MPaV^。
表 1
Figure imgf000008_0002
表 2
Figure imgf000009_0003
(2) 在 -100°C下， 进行单轴拉伸试验获得 16MnR钢的应力应变曲线， 分别建立 0.5T-SE(B)试样、 PCVN试样的有限元模型， 从 0.5T-SE(B)和 PCVN 试样的有限元模型分析中导出 ^κο.5Τ)和 ^KPCVN)载荷下的每个单元质心位置上 的主应力 σΐ4和体积 数据。 定义断裂过程区为 ^,^λσ^, 其中 λ为常数， 一 般取 1或 2， 为标定温度下的材料屈服强度。 这里， 取 λ=1， 将断裂过程区 内的单元筛选出来。
(3) 假设 =6， 7， 8...等一系列数值， Q取 (50μ 3， 用这些不同的 m 值，利用歩骤（2)中筛选出的断裂过程区单元，计算出两种试样分别在 Q.5T) 和 ^KPCVN)载荷下的一系列 值，而 = ，于是得到了如图 3所示的两条 m〜。u 曲线。
(4) 找到图 3 中这两条曲线的交点， 根据该点的坐标即可得到 16MnR 钢的 Beremin模型参量值 m=， 3和 =6194MPa。
按照 RGD标定法， 如图 4所示， 纵坐标为
Figure imgf000009_0001
MPaV^及横坐标 为
Figure imgf000009_0002
MPa ^的坐标点 A 的位置落在 m=7 和 m=8 的两条 ^^ 〜 . 曲线之间， 内插得到 =7.3。 用 =7.3计算出载荷 =^χ0.5Τ) 或 ^(KPCVN)时的 值，得到 i7u=6194MPa。本发明的标定方法标定的 16MnR钢 的 Beremin模型参量值与 RGD标定法的结果相同。
实施例 2
材料为国产核压力容器用 Α508-ΠΙ钢锻件。选取 0.5T-SE(B)试样作为高拘 束度试样， 试样宽度 W与试样厚度 B之比为 2: 1。 选取 PCVN试样作为低拘 束度试样， 试样宽度 W 等于试样厚度 B。 两种试样的名义裂紋深度均为 ao/W=0.5 , 跨距 S=4xW。
根据本发明的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标定方法包 括以下歩骤：
( 1 )选择在 -81°C、 -60°C和 -40°C下， 进行 0.5T-SE(B)试样的断裂韧性试 验。在 -100°C下，进行 PCVN试样的断裂韧性试验。测得断裂韧性数据 MQ.5T)、 ^PCVN)分别如表 3、表 4所示。利用表 4中 Α508-ΠΙ钢的 MPC:VN)数据， 计算 得到 -100°C下 PCVN试样的 U直为 (κ:νΝ)= 117.8 MPaV^。 利用表 3 中的 A508-III钢的 MQ.5T)数据，按照 ASTM E1921的多温度计算方法，得到 Α508-ΠΙ 钢的断裂韧性主曲线 （ TQ=-61°C) ， 进一歩计算得到 -100°c下 0.5T-SE(B)试样 的 K0值为 ( 5Τ)= 76.5 MPaV^。
表 3
Figure imgf000010_0001
表 4
Figure imgf000011_0001
分别建立 0.5T-SE(B)试样、 PCVN试样的有限元模型， 从 0.5T-SE(B)和 PCVN 试样的有限元模型分析中导出 ^κ 5Τ)和 ^KPCVN)载荷下的每个单元质心位置上 的主应力 σΐ4和体积 数据。 定义断裂过程区为 σι≥σ^的区域， 将断裂过程区 内的单元筛选出来。
(3) 假设 =10， 11， 12...等一系列数值， Q取 (50μ 3， 用这些不同的 m值，利用歩骤 (2)中筛选出的断裂过程区单元，计算出两种试样分别在 ^.5Τ) 和 ^KPCVN)载荷下的一系列 值，而 = ，于是得到了如图 5所示的两条 m〜。u 曲线。
(4) 找到图 5中这两条曲线的交点， 根据该点的坐标即可得到 Α508-ΠΙ 钢的 Beremin模型参量值 =17.7和 =2486MPa。
按照 RGD标定法， 如图 6所示， 得到 =17.7。 用 =17.7计算出载荷 = 。(ο.5τ)或 。(PCVN)时的 值， 得到 =2486MPa。 本发明的标定法确定的 A508-III钢的 Beremin模型参量值与 RGD标定法的结果一致。
本发明的标定计算方法避免了构建韧性换算模型曲线图时的大量计算， 只需要在 载荷下，取一系列 值分别计算出对应的 值，构成每种拘束度 不同的试样的 〜i7u曲线， 确定这些曲线的交点坐标， 从而标定得到了 和 的值。 通过以上标定计算的实例可以发现， 与 RGD标定法相比， 本发明的标 定法的计算量明显小很多，而且它的标定结果与 RGD标定法的结果是一样的。 与 RGD标定法相比 (图 4和图 6)， 由图 3和图 5可见， 本发明的标定方 法直观地显示了标定过程， 可以通过 πι〜ση曲线相交所呈现出的不同情形来判 断 Ο, σ^解的情况。 图 3和图 5中， 16MnR钢的两条 〜(ju曲线和 Α508-ΠΙ钢 的两条 iiu曲线均在一定范围内十分接近， 按照本发明的标定法的原理， 找 到了多组 ( , )的近似解， 特别是实施例 2 中这一现象十分明显。 而如果用 RGD标定法将会忽略这些 的解， 只能给出 1组最精确解。

Claims

权 利 要 求 书
1、 一种基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标定方法， 其特征 在于， 该方法包括以下歩骤：
( 1 )选取至少两种由相同材料制成但具有不同拘束度的试样， 利用每种 试样的断裂韧性试验数据， 分别计算得到每种试样在同一标定温度下累积失 效概率为 63.2%时的断裂韧性值 ;
(2 )利用在所述同一标定温度下的应力应变曲线建立每种试样的有限元 模型， 分别计算得到每种试样在 载荷下每个单元的最大主应力 σΐ4和单元 体积 ， 其中 i为单元序号；
(3 ) 赋予 Weibull斜率 m不同数值， 根据下式分别计算得到每种试样的 一组 Weibull尺度参量 ， 作出每种试样的 m与 之间的 Beremin参量特征 曲线；
Figure imgf000013_0001
其中， 《表示断裂过程区共有《个单元， q表示参考单元体积；
(4 ) 根据 Beremin参量特征曲线的交点坐标得到所述材料的脆性断裂评
2、 如权利要求 1所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标 定方法， 其特征在于， 所述歩骤 （1 ) 中， 在所述同一标定温度下进行每种试 样的断裂韧性测试以获得所述断裂韧性试验数据。
3、 如权利要求 1所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标 定方法， 其特征在于， 所述歩骤 （1 ) 中， 在不同温度下进行每种试样的断裂 韧性测试以获得所述断裂韧性试验数据， 根据预设的断裂韧性主曲线计算每 种试样在所述同一标定温度下累积失效概率为 63.2%时的断裂韧性值 K0。
4、 如权利要求 3所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标 定方法， 其特征在于， 所述歩骤 （1 ) 中， 所述同一标定温度为所述不同温度 中的最低温度。
5、 如权利要求 1所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标 定方法， 其特征在于， 所述歩骤 （2) 中， 在所述同一标定温度下进行单轴拉 伸试验以获得所述应力应变曲线。
6、 如权利要求 5所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标 定方法， 其特征在于， 所述歩骤 （3 ) 中， m的取值为大于 5且小于 40的整 数。
7、 如权利要求 6所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标 定方法， 其特征在于， 所述歩骤 （3 ) 中， 断裂过程区的范围为 ^λσ^, 其 中 λ为常数， ys为所述标定温度下的材料屈服强度。
8、 如权利要求 7所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标 定方法， 其特征在于， 所述歩骤 （3 ) 中， λ的取值为 1或 2。
9、 如权利要求 1所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的标 定方法， 其特征在于， 所述歩骤 （1 ) 中， 每种试样的断裂韧性试验数据的个 数不少于 6个。
10、 如权利要求 9所述的基于 Beremin模型的材料脆性断裂评定参量的 标定方法， 其特征在于， 所述歩骤（1 ) 中， 每种试样的断裂韧性试验数据的 个数不少于 15个。
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