專利名稱：基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于壓力容器與安全工程領(lǐng)域，具體涉及一種材料脆性斷裂評(píng)價(jià)參量的標(biāo)定方法，即基于Beremin解理斷裂模型的壓力容器材料脆性斷裂評(píng)價(jià)參量的標(biāo)定方法。
背景技術(shù)：
核電已經(jīng)成為世界能源結(jié)構(gòu)的重要組成部分，目前我國(guó)有在用反應(yīng)堆11座，按照國(guó)家“積極發(fā)展核電”的中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，未來15年將新建40余座以AP1000為代表的第三代百萬千瓦級(jí)先進(jìn)壓水堆核電機(jī)組，成為世界上核電工業(yè)發(fā)展最快的國(guó)家。作為反應(yīng)堆的最核心部件，核壓力容器采用鐵素體鋼制成，這類鋼具有明顯的韌脆轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。而且在服役期間其一直受中子輻照的影響，進(jìn)一步導(dǎo)致材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度升高，即在規(guī)定的工作溫度下的材料斷裂韌性會(huì)下降。為了保障核反應(yīng)堆壓力容器結(jié)構(gòu)完整性，核電站在設(shè)計(jì)及使用維護(hù)階段均需要按多種可能出現(xiàn)的工況，進(jìn)行壓力容器的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估，以保證不會(huì)發(fā)生脆斷事故。其中，壓力容器在服役輻照前后的材料(包括母材、焊縫及其熱影響材料) 韌脆轉(zhuǎn)變區(qū)的斷裂韌性是必須的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一。目前評(píng)價(jià)壓力容器材料脆性斷裂失效一般采用局部方法，其中Beremin解理斷裂模型是美國(guó)、法國(guó)、英國(guó)以加拿大和我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中均推薦采用的方法。Beremin模型是由法國(guó)的F. M Beremin研究小組，在研究壓力容器用鋼脆性斷裂過程中提出的一個(gè)解理斷裂局部法模型。Beremin模型非常適合解決拘束度效應(yīng)對(duì)解理斷裂韌性的影響，還擅長(zhǎng)分析復(fù)雜加載條件下(例如多軸外載荷，高速絕熱加載)的解理斷裂問題。Beremin模型僅用Weibull斜率m和W^eibull尺度參量σ u兩個(gè)參量來描述復(fù)雜的解理斷裂事件，模型預(yù)測(cè)解理斷裂的準(zhǔn)確性與參量的數(shù)值密切相關(guān)。因此，Beremin模型參量的標(biāo)定方法是壓力容器材料脆性斷裂失效評(píng)價(jià)方法中的關(guān)鍵技術(shù)。國(guó)外已報(bào)道有幾種Beremin模型參量的標(biāo)定方法。例如，Minami等人于1992年在〈〈International Journal of Fracture〉〉雜志上發(fā)表的〈〈Estimation procedure for the Weibull stress parameters used in the local approach》中，] 出了■于單一拘束試樣的標(biāo)定方法；Gao等人于1998年在《Engineering fracture mechanics))雜志上發(fā)表白勺〈〈Calibration of Weibull stress parameters using fracture toughness data))中，提出了基于高低拘束不同試樣的標(biāo)定方法(GRD標(biāo)定法)；Ruggieri等人于 2000 年在((Engineering Fracture Mechanics))雜志上發(fā)表的((Transferability of elastic-plastic fracture toughness using the Weibull stress approach significance of parameter calibration》中，在GRD標(biāo)定法的基礎(chǔ)上簡(jiǎn)化得到了一種 Beremin模型參量標(biāo)定方法(RGD標(biāo)定法)。然而，現(xiàn)有方法均存在計(jì)算步驟繁瑣，計(jì)算量大等弊端，有時(shí)需要編寫程序完成計(jì)算。尤其是Minami等人提出的標(biāo)定方法，必須通過專門編寫的迭代求解程序才能計(jì)算得到模型參量m和ou。而采用RGD標(biāo)定法時(shí)，首先需要完成從有限元模型中導(dǎo)出兩種試樣在不同載荷下每個(gè)單元的主應(yīng)力和單元體積數(shù)據(jù)的工作，然后假設(shè)一系列不同的m值，利用導(dǎo)出的數(shù)據(jù)計(jì)算出這兩種試樣在這些載荷下的幾十個(gè)OwS力值，最后再基于等力的條件建立韌性換算圖，計(jì)算量十分龐大，其次，由Minami等人提出的標(biāo)定方法基于單一拘束試樣，得到的模型參量的不確定度很大，在不同拘束結(jié)構(gòu)間的通用性較差，而GRD標(biāo)定法和RGD標(biāo)定法也僅能同時(shí)標(biāo)定兩種試樣，而無法同時(shí)標(biāo)定多于兩種的試樣。另外，當(dāng)材料試樣的Beremin模型參量存在多組近似解時(shí)，RGD標(biāo)定法只能給出其中一組最精確的解，而忽略其它近似解。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有Beremin模型參量標(biāo)定方法中存在的問題和不足，本發(fā)明提供一種基于不同拘束試樣m Qu曲線交點(diǎn)的參量簡(jiǎn)化標(biāo)定方法。該方法可同時(shí)標(biāo)定多種不同拘束度的試樣，在不影響標(biāo)定精度的情況下，簡(jiǎn)便地計(jì)算得到Beremin模型參量，并且既能獲得 Beremin模型參量的精確解，同時(shí)又不會(huì)忽略多組近似解。本發(fā)明的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法包括以下步驟(1)選取至少兩種由相同材料制成但具有不同拘束度的試樣，利用每種試樣的斷裂韌性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算得到每種試樣在同一標(biāo)定溫度下累積失效概率為63. 2%時(shí)的斷裂韌性值Ktl ；(2)利用在所述同一標(biāo)定溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線建立每種試樣的有限元模型，分別計(jì)算得到每種試樣在Kci載荷下每個(gè)單元的最大主應(yīng)力0 U和單元體積Vi，其中i為單元序號(hào)；(3)賦予Weibull斜率m不同數(shù)值，根據(jù)下式分別計(jì)算得到每種試樣的Weibull尺度參量ou，作出每種試樣的m與Ou之間的Beremin參量特征曲線；
m ι-
權(quán)利要求
1.一種基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)選取至少兩種由相同材料制成但具有不同拘束度的試樣，利用每種試樣的斷裂韌性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算得到每種試樣在同一標(biāo)定溫度下累積失效概率為63. 2%時(shí)的斷裂韌性值K0 ；(2)利用在所述同一標(biāo)定溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線建立每種試樣的有限元模型，分別計(jì)算得到每種試樣在Ktl載荷下每個(gè)單元的最大主應(yīng)力ο u和單元體積Vi,其中i為單元序號(hào)；(3)賦予Weibull斜率m不同數(shù)值，根據(jù)下式分別計(jì)算得到每種試樣的Weibull尺度參量Ou，作出每種試樣的m與ou之間的Beremin參量特征曲線；
2.如權(quán)利要求1所述的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟(1)中，在所述同一標(biāo)定溫度下進(jìn)行每種試樣的斷裂韌性測(cè)試以獲得所述斷裂韌性試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟(1)中，在不同溫度下進(jìn)行每種試樣的斷裂韌性測(cè)試以獲得所述斷裂韌性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)預(yù)設(shè)的斷裂韌性主曲線計(jì)算每種試樣在所述同一標(biāo)定溫度下累積失效概率為63. 2%時(shí)的斷裂韌性值Ktl。
4.如權(quán)利要求3所述的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟(1)中，所述同一標(biāo)定溫度為所述不同溫度中的最低溫度。
5.如權(quán)利要求1所述的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟中，在所述同一標(biāo)定溫度下進(jìn)行單軸拉伸試驗(yàn)以獲得所述應(yīng)力應(yīng)變曲線。
6.如權(quán)利要求5所述的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟(3)中，m的取值為大于5且小于40的整數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟(3)中，斷裂過程區(qū)的范圍為Qia彡λ 0ys，其中λ為常數(shù)，0ys為所述標(biāo)定溫度下的材料屈服強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求7所述的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟(3)中，λ的取值為1或2。
9.如權(quán)利要求1所述的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟(1)中，每種試樣的斷裂韌性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)不少于6個(gè)。
10.如權(quán)利要求9所述的基于Beremin模型的材料脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，其特征在于，所述步驟(1)中，每種試樣的斷裂韌性試驗(yàn)數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)不少于15個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓力容器材料的脆性斷裂評(píng)定參量的標(biāo)定方法，具體來說是一種基于Beremin模型的脆性斷裂評(píng)定參量標(biāo)定方法。本發(fā)明通過選取至少兩種具有不同拘束度的試樣，利用每種試樣的斷裂韌性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別計(jì)算得到每種試樣在同一標(biāo)定溫度下累積失效概率為63.2％時(shí)的斷裂韌性值K0；測(cè)得在所述標(biāo)定溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線，建立每種試樣的有限元模型，分別計(jì)算得到每種試樣在K0載荷下每個(gè)單元的最大主應(yīng)力和單元體積；賦予Weibull斜率m不同數(shù)值，計(jì)算得到每種試樣的Weibull尺度參量σu，作出每種試樣的m與σu之間的關(guān)系曲線；根據(jù)m～σu曲線的交點(diǎn)坐標(biāo)得到所述材料的脆性斷裂評(píng)定參量。與傳統(tǒng)的基于韌性換算模型的Beremin模型參量標(biāo)定方法相比，本發(fā)明方法計(jì)算量小，可直觀地顯示標(biāo)定的收斂過程。
文檔編號(hào)G01N3/00GK102494940SQ201110415419
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月13日
發(fā)明者惠虎, 曹昱澎, 李培寧, 王國(guó)珍, 軒福貞 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)