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A508-Ⅲ钢小尺寸样品拉伸行为的有限元辅助测试方法研究

李逸涵 李帅 黎军顽 忻胜民 宁广胜 钟巍华 杨文

李逸涵, 李帅, 黎军顽, 忻胜民, 宁广胜, 钟巍华, 杨文. A508-Ⅲ钢小尺寸样品拉伸行为的有限元辅助测试方法研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 115-122. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0115
引用本文: 李逸涵, 李帅, 黎军顽, 忻胜民, 宁广胜, 钟巍华, 杨文. A508-Ⅲ钢小尺寸样品拉伸行为的有限元辅助测试方法研究[J]. 核动力工程, 2024, 45(1): 115-122. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0115
Li Yihan, Li Shuai, Li Junwan, Xin Shengmin, Ning Guangsheng, Zhong Weihua, Yang Wen. Study on Tensile Behavior of Small Size Specimen of A508-III Steel Based on Finite Element Aided Testing Method[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 115-122. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0115
Citation: Li Yihan, Li Shuai, Li Junwan, Xin Shengmin, Ning Guangsheng, Zhong Weihua, Yang Wen. Study on Tensile Behavior of Small Size Specimen of A508-III Steel Based on Finite Element Aided Testing Method[J]. Nuclear Power Engineering, 2024, 45(1): 115-122. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0115

A508-Ⅲ钢小尺寸样品拉伸行为的有限元辅助测试方法研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.01.0115
基金项目: 大型先进压水堆核电站重大专项资助项目(2018ZX06002008)
详细信息
    作者简介:

    李逸涵(1997—),男,硕士研究生,现主要从事反应堆压力容器材料的力学性能分析方面的研究,E-mail: liyihan_shu@163.com

    通讯作者:

    黎军顽,E-mail: lijunwan@shu.edu.cn

  • 中图分类号: TL341

Study on Tensile Behavior of Small Size Specimen of A508-III Steel Based on Finite Element Aided Testing Method

  • 摘要: 为了克服拉伸样品尺寸减小所带来的尺寸效应的影响,本文对A508-Ⅲ钢小尺寸样品的拉伸行为进行了研究。通过改变A508-Ⅲ钢的热处理温度制备了不同晶粒尺寸和样品厚度的小尺寸样品,进行了小尺寸样品的室温拉伸测试,分析了晶粒尺寸和样品厚度对小尺寸样品拉伸力学性能的影响,并揭示了其潜在的拉伸尺寸效应机理。结果表明,由于小尺寸样品厚度和晶粒尺寸的变化,导致其拉伸力学性能表现出明显的尺寸效应;通过引入综合表征样品特征尺寸和晶粒尺寸效应的影响参数,构建了考虑尺寸效应的Swift力学本构模型;采用有限元辅助测试方法确定了小尺寸样品的延性损伤演变参数,数值与实验结果误差小于3%;基于建立的力学本构模型,利用有限元方法预测了小尺寸样品的拉伸力学性能,构建了其屈服强度与抗拉强度的归一化模型,以期为小尺寸样品的工程应用提供借鉴。

     

  • 图  1  不同热处理温度下A508-Ⅲ钢的晶粒尺寸

    Figure  1.  Grain Size of A508-Ⅲ Steel under Different Heat Treatment Temperatures

    图  2  不同规格的拉伸试样

    Figure  2.  Tensile Specimens with Different Specifications

    图  3  不同热处理温度和厚度SS-J小尺寸样品的工程应力-应变曲线

    Figure  3.  Engineering Stress-strain Curves of SS-J Specimens with Different Thicknesses under Different Heat Treatment Temperatures

    图  4  不同热处理温度和厚度SS-J小尺寸样品的拉伸断口形貌      

    Figure  4.  Tensile Fracture Surface Morphology of SS-J Specimens with Different Heat Treatment Temperatures and Thicknesses

    图  5  SS-J小尺寸样品拉伸过程的有限元模型

    Figure  5.  Finite Element Model of the Tensile Process for SS-J Specimens

    图  6  实验与FAT方法获得的SS-J小尺寸样品的拉伸载荷-位移曲线

    Figure  6.  Force-Displacement Curves of SS-J Specimens Obtained by Experiment and FAT Method

    图  7  SS-J小尺寸样品的延性损伤演变参数

    Figure  7.  Ductile Damage Evolution Parameter of SS-J Specimens      

    图  8  FAT方法与真实实验获得的小尺寸样品的拉伸断口

    Figure  8.  Tensile Fracture Surfaces of the Small Size Specimen from FAT Method and Real Experiment

    图  9  SS-J小尺寸样品的归一化模型

    Figure  9.  Normalization Models of SS-J Specimens

    表  1  A508-Ⅲ钢的化学成分

    Table  1.   Chemical Composition of A508-III Steel

    元素CSiMnCrMoNiVAlNPSFe
    质量分数/%0.1750.2051.590.1370.4820.7310.0020.0110.0120.0050.003余量
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    表  2  实验获得的不同热处理温度和厚度SS-J小尺寸样品的拉伸力学性能       

    Table  2.   Tensile Mechanical Properties of SS-J Specimens with Different Heat Treatment Temperatures and Thicknesses obtained from Experiments

    温度/
    厚度/
    mm
    弹性模
    量/GPa
    屈服强
    度/MPa
    抗拉强
    度/MPa
    均匀延
    伸率/%
    总延伸
    率/%
    9000.301236186966.211.0
    0.501256267146.914.8
    0.751226397296.617.5
    9500.301445846926.711.1
    0.501426007077.215.0
    0.751496127177.017.6
    10000.301415626726.311.2
    0.501415966987.413.3
    0.751486087127.317.9
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    表  3  不同热处理温度和厚度SS-J小尺寸样品的尺寸效应参数λ

    Table  3.   λ Value of SS-J Specimens with Different Heat Treatment Temperatures and Thicknesses

    小尺寸样品900℃950℃1000℃
    0.30 mm0.50 mm0.75 mm0.30 mm0.50 mm0.75 mm0.30 mm0.50 mm0.75 mm
    λ /mm-2481.97334.81261.22426.22296.08231.01262.97182.68142.53
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    表  4  不同热处理温度下考虑小尺寸样品尺寸效应的Swift力学本构模型参数

    Table  4.   Swift Model Parameters Considering Size Effect of SS-J Specimens under Different Heat Treatment Temperatures

    热处理温度/℃abcnε0
    900330.4018.80117839.200.10730.0045
    950332.8020.10105342.600.11460.0045
    1000328.8025.0064044.000.11450.0045
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    表  5  有限元方法获得的不同热处理温度和厚度SS-J小尺寸样品的拉伸力学性能

    Table  5.   Tensile Mechanical Properties of SS-J Specimens with Different Heat Treatment Temperatures and Thicknesses from Finite Element Method

    温度/
    厚度/
    mm
    弹性模
    量/GPa
    屈服强
    度/MPa
    抗拉强
    度/MPa
    均匀延
    伸率/%
    总延伸
    率/%
    9000.201156126876.512.5
    0.401086087017.714.4
    0.601016257307.618.5
    9500.201605396756.913.2
    0.401375816807.915.4
    0.601426117167.818.6
    10000.201025206217.113.1
    0.401305636748.215.5
    0.601365936957.219.0
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-03-07
  • 修回日期:  2023-08-20
  • 刊出日期:  2024-02-15

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