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基于Johnson-Cook本构模型的压紧板弹簧刚度特性研究

杨泞瑞 吴兴文 梁树林 秦勉 朱发文 王浩煜 刘孟龙

杨泞瑞, 吴兴文, 梁树林, 秦勉, 朱发文, 王浩煜, 刘孟龙. 基于Johnson-Cook本构模型的压紧板弹簧刚度特性研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(4): 91-98. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0091
引用本文: 杨泞瑞, 吴兴文, 梁树林, 秦勉, 朱发文, 王浩煜, 刘孟龙. 基于Johnson-Cook本构模型的压紧板弹簧刚度特性研究[J]. 核动力工程, 2022, 43(4): 91-98. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0091
Yang Ningrui, Wu Xingwen, Liang Shulin, Qin Mian, Zhu Fawen, Wang Haoyu, Liu Menglong. Research on Stiffness Characteristics of Hold-down Spring Based on Johnson-Cook Constitutive Model[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(4): 91-98. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0091
Citation: Yang Ningrui, Wu Xingwen, Liang Shulin, Qin Mian, Zhu Fawen, Wang Haoyu, Liu Menglong. Research on Stiffness Characteristics of Hold-down Spring Based on Johnson-Cook Constitutive Model[J]. Nuclear Power Engineering, 2022, 43(4): 91-98. doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0091

基于Johnson-Cook本构模型的压紧板弹簧刚度特性研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2022.04.0091
基金项目: 国家重点研发项目(2018YFE0201401-01);中国科协青年托举工程项目(2019QNRC001);四川省科技计划项目(2020YJ0075)
详细信息
    作者简介:

    杨泞瑞(1998—),硕士研究生,现主要从事结构强度及可靠性研究,E-mail: yang_ningrui@163.com

    通讯作者:

    吴兴文,E-mail: xingwen_wu@163.com

  • 中图分类号: TL352

Research on Stiffness Characteristics of Hold-down Spring Based on Johnson-Cook Constitutive Model

  • 摘要: 燃料组件压紧板弹簧的刚度设计对其安全服役起着至关重要的作用。通过引入INCONEL 718合金的Johnson-Cook非线性本构关系,拟合了不同中子辐照剂量下INCONEL 718合金的Johnson-Cook非线性本构模型;建立了压紧板弹簧系统的有限元模型,开展了不同因素对压紧板弹簧刚度特性的影响研究。结果表明:温度、加载次数、幅值的增大会导致压紧板弹簧在循环加载下出现不同程度的软化,而加载速率的增大会使压紧板弹簧的刚度出现硬化。本文研究可为燃料组件中的压紧板弹簧刚度设计提供参考。

     

  • 图  1  压紧板弹簧有限元模型

    Figure  1.  Finite Element Model of Hold-down Spring

    图  2  准静态拉伸试样形状和尺寸 mm

    A、B—左右两端螺纹

    Figure  2.  Shape and Size of Quasi-static Tensile Specimen

    图  3  INCONEL 718合金拉伸试样真应力-真应变曲线

    Figure  3.  True Stress-True Strain Curve of INCONEL 718 Alloy Tensile Specimen

    图  4  INCONEL 718合金拉伸试样试验真应力-真应变曲线与仿真结果

    Figure  4.  True Stress-True Strain Curve and Simulation Results of INCONEL 718 Alloy Tensile Specimen Test

    图  5  INCONEL 718合金低周疲劳试样 mm

    Figure  5.  Low Cycle Fatigue Specimen of INCONEL 718 Alloy     

    图  6  INCONEL 718合金低周疲劳试样迟滞环应变应力曲线     

    Figure  6.  Hysteresis Loop Strain- Stress Curve of Low Cycle Fatigue Specimen of INCONEL 718 Alloy

    图  7  中子注量与原子平均离位关系

    y—原子平均离位;x—中子注量;E—中子能量

    Figure  7.  Relationship between Neutron Fluence and DPA

    图  8  INCONEL 718合金螺栓拉伸试验拟合曲线

    Figure  8.  Fitting Curve of Bolt Tensile Test of INCONEL 718 Alloy    

    图  9  不同辐照剂量下压紧板弹簧的刚度曲线

    Figure  9.  Stiffness Curves of Hold-down Spring at Different Neutron Irradiation Doses

    图  10  T1、T10、T20在2种温度下的刚度曲线

    Figure  10.  Stiffness Curves of T1, T10 and T20 at Two Temperatures    

    图  11  不同加载速率下的板弹簧刚度曲线

    Figure  11.  Stiffness Curves of Hold-down Spring at Different Loading Rates    

    图  12  加载次数对板弹簧特性的影响

    Figure  12.  Influence of Loading Times on Characteristics of Hold-down Spring

    图  13  各加载幅值下的板弹簧刚度曲线

    Figure  13.  Stiffness Curves of Hold-down Spring at Different Loading Amplitudes

    表  1  拉伸试样尺寸

    Table  1.   Tensile Specimen Size Information

    试样d0/mmL0/mmLc/mmLt/mmr/mm螺纹
    φ552530985M10×1.5
    φ663035985M12×1.5
    标准[9]5 d0L0+0.5 d0Lc+4 d0≥0.75 d0
      L0—原始标距;Le—平行段长度;Lt—总长度;r—圆弧半径;空白表示无此项,下同
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    表  2  弹簧材料INCONEL 718合金拉伸试验结果

    Table  2.   Tensile Test Results of Spring Material INCONEL 718 Alloy

    试样编号试验温度/℃σ0.2/MPaσm/MPaA/%Z/%
    φ5-1-室温201203143325.045.3
    φ6-1-室温201208146424.946.3
    φ5-1-高温3001128136722.946.2
    φ6-1-高温3001123137523.045.6
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    表  3  INCONEL 718合金J-C本构模型参数

    Table  3.   J-C Constitutive Model Parameters of INCONEL 718 Alloy

    ABnmC
    8171059.320.51640.93330.1
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    表  4  不同中子辐照剂量下拟合的J-C本构模型参数

    Table  4.   Parameters of Fitted J-C Constitutive Model at Different Neutron Irradiation Doses

    中子辐照剂量/dpaABnmC
    072410780.560.9330.8
    0.272410230.560.9330.8
    0.777610780.560.9330.8
    1.181610330.560.9330.8
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    表  5  INCONEL 718合金热性能参数

    Table  5.   Thermal Performance Parameters of INCONEL 718 Alloy

    T/℃热导率/
    [W·(m·℃)−1]
    比热容/
    [J·(kg·℃)−1]
    线膨胀
    系数/10−6−1
    熔化温度/
    2013.411.81260~1320
    30017.8481.413.51260~1320
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  • [1] 金渊. 燃料组件压紧板弹簧的刚度分析模型研究[J]. 核动力工程,2016, 37(4): 28-33.
    [2] LIM H T, KIM J W, SONG K N. Elastic stiffness analysis of leaf type holddown spring assemblies[J]. Nuclear Engineering and Technology, 1995, 27(5): 760-766.
    [3] 任啟森. 压水堆燃料组件压紧板弹簧刚度简化模型研究[J]. 核科学与工程,2020, 40(6): 1060-1064.
    [4] D′USTON B. Optimised design of holdown springs with bending leaves[C]//Transactions of the 16th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology (SMiRT). Washington: IASMiRT, 2001.
    [5] 蒲曾坪,张吉斌,齐敏,等. 燃料组件板弹簧压紧系统非线性特征数值研究[J]. 核动力工程,2015, 36(S2): 87-89.
    [6] BODNER S R, PARTOM Y. A large deformation elastic-viscoplastic analysis of a thick-walled spherical shell[J]. Journal of Applied Mechanics, 1972, 39(3): 751-757. doi: 10.1115/1.3422784
    [7] CHABOCHE J L, KANOUTÉ P, AZZOUZ F. Cyclic inelastic constitutive equations and their impact on the fatigue life predictions[J]. International Journal of Plasticity, 2012, 35: 44-66. doi: 10.1016/j.ijplas.2012.01.010
    [8] 张宏建,温卫东,崔海涛,等. Z-A模型的修正及在预测本构关系中的应用[J]. 航空动力学报,2009, 24(6): 1311-1315.
    [9] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 金属材料 拉伸试验 第1部分: 室温试验方法: GB/T 228.1—2010[S]. 北京: 中国标准出版社, 2011: 35-36.
    [10] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局, 中国国家标准化管理委员会. 金属材料 拉伸试验 第2部分: 高温试验方法: GB/T 228.2—2015[S]. 北京: 中国标准出版社, 2016: 11-14.
    [11] 刘晓,闫欢松,孔祖开,等. GH4169高温合金的动态力学行为及其本构关系[J]. 机械工程材料,2019, 43(1): 75-81. doi: 10.11973/jxgccl201901016
    [12] 邹品. GH4169高温动态本构模型与高速冲击性能研究[D]. 南京: 南京航空航天大学, 2018.
    [13] 王涛,陈国定,巨江涛. GH4169高温合金高应变率本构关系试验研究[J]. 航空学报,2013, 34(4): 946-953.
    [14] 冯明珲. 粘弹塑性统一本构理论[D]. 大连: 大连理工大学, 2000.
    [15] BYUN T S, FARRELL K. Tensile properties of Inconel 718 after low temperature neutron irradiation[J]. Journal of Nuclear Materials, 2003, 318: 292-299. doi: 10.1016/S0022-3115(03)00006-0
    [16] DE HEIJ P G, D'HULST D, VAN HOEPEN J, et al. Residual tensile strength of neutron irradiated Inconel 718 bolts[J]. Fusion Engineering and Design, 2001, 58-59: 775-779. doi: 10.1016/S0920-3796(01)00567-1
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-28
  • 录用日期:  2021-08-16
  • 修回日期:  2021-08-05
  • 刊出日期:  2022-08-04

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