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一种国产细颗粒核石墨强度概率分布的实验研究

钱浩 兰天宝 严鹏 刘贺同

钱浩, 兰天宝, 严鹏, 刘贺同. 一种国产细颗粒核石墨强度概率分布的实验研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(5): 152-160. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.10.0053
引用本文: 钱浩, 兰天宝, 严鹏, 刘贺同. 一种国产细颗粒核石墨强度概率分布的实验研究[J]. 核动力工程, 2025, 46(5): 152-160. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.10.0053
Qian Hao, Lan Tianbao, Yan Peng, Liu Hetong. Experimental Study on the Strength Probability Distribution of a Domestic Fine-Grained Nuclear Graphite[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(5): 152-160. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.10.0053
Citation: Qian Hao, Lan Tianbao, Yan Peng, Liu Hetong. Experimental Study on the Strength Probability Distribution of a Domestic Fine-Grained Nuclear Graphite[J]. Nuclear Power Engineering, 2025, 46(5): 152-160. doi: 10.13832/j.jnpe.2024.10.0053

一种国产细颗粒核石墨强度概率分布的实验研究

doi: 10.13832/j.jnpe.2024.10.0053
基金项目: 国家自然科学基金项目(11872008);中央高校基本科研业务费资助项目
详细信息
    作者简介:

    钱 浩(1996—),男,博士研究生,现主要从事核石墨材料多尺度力学等方面研究,E-mail: qianhao11111@buaa.edu.cn

    通讯作者:

    严 鹏,E-mail: yanpeng117@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: TL341

Experimental Study on the Strength Probability Distribution of a Domestic Fine-Grained Nuclear Graphite

  • 摘要: 针对一种用于气冷微堆的候选国产细颗粒核石墨设计了5种强度试验,即德标单向拉伸、美标三点弯折、美标巴西圆盘劈裂拉伸、美标单向压缩和美标单向拉伸强度试验,对其强度概率分布进行了系统的实验研究。研究发现,二参数Weibull分布对5种强度试验数据的拟合结果均通过了Anderson-Darling检验(A-D检验),而且相比正态分布和三参数Weibull分布,该分布的拟合结果在低概率下更加保守,这说明采用二参数Weibull分布描述本文研究的国产细颗粒核石墨的强度概率分布是合适的。该核石墨特征强度与应力状态及应力梯度密切相关,单向压缩强度远高于单向拉伸强度,而后者明显高于巴西圆盘劈裂拉伸强度,三点弯折强度显著高于单向拉伸强度。Weibull模数(体现了强度的分散性)与应力状态密切相关,单向拉伸应力状态下的强度分散性远高于单向压缩应力状态,而巴西圆盘内高应力危险区域(应力达到中心最大值的90%以上区域)应力状态介于单向拉伸与单向压缩之间,其强度分散性也介于二者之间,这说明应该将Weibull模数视为应力状态的函数。

     

  • 图  1  坯料切分取样与编号方案

    Figure  1.  Sampling and Numbering Plan for Billet

    图  2  德标单向拉伸试件与夹具

    Figure  2.  The Uniaxial Tensile Specimen and Fixture as per the Standard of DIN

    图  3  美标三点弯折试件与夹具

    Figure  3.  The Three-point Flexural Specimen and Fixture as per the Standard of ASTM

    图  4  美标巴西圆盘劈裂拉伸试件与夹具

    Figure  4.  The Brazilian Disc Splitting Tensile Specimen and Fixture as per the Standard of ASTM

    图  5  美标单向拉伸试件与夹具

    Figure  5.  The Uniaxial Tensile Specimen and Fixture as per the Standard of ASTM

    图  6  采用3种分布函数分别对于5种强度累积概率数据的拟合结果

    Figure  6.  Fitting Results of 3 Distribution Functions to Cumulative Probability Data from 5 Strength Tests

    表  1  国产细颗粒核石墨5种强度试验所测强度数据的统计结果

    Table  1.   Statistical Results of Strength Data Measured in 5 Strength Tests on the Domestic Fine-grained Nuclear Graphite

    强度试验类型 试验数量/个 强度均值/MPa 强度标准差/MPa 分散度(标准差/均值) 最大强度值/MPa 最小强度值/MPa
    德标单向拉伸 70 28.91 2.72 0.0941 34.59 22.09
    美标三点弯折 120 40.33 3.91 0.0970 47.46 26.47
    美标巴西圆盘劈裂拉伸 200 24.33 1.45 0.0596 27.37 19.85
    美标单向压缩 67 88.85 3.93 0.0442 97.33 80.69
    美标单向拉伸 19 26.83 2.02 0.0753 29.44 23.27
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    表  2  分别基于5种强度累积概率数据对3种分布函数的参数估计结果

    Table  2.   Parameter Estimation Results of 3 Distribution Functions Based on Cumulative Probability Data from 5 Strength Tests

    强度试验类型二参数
    Weibull分布
    三参数
    Weibull分布
    正态
    分布
    $ m $$ {S_{\text{c}}} $$ m' $$ S_{\text{0}}' $$ S_{\text{c}}' $$ \varSigma $$ {\mu ^{}} $
    德标单向拉伸12.2529.9012.250.0329.902.7228.91
    美标三点弯折12.6642.0412.660.0142.093.9040.33
    美标巴西圆盘劈裂拉伸19.8624.9819.860.0425.001.4524.33
    美标单向压缩24.5190.435.7967.5390.473.9388.85
    美标单向拉伸12.5027.8412.440.0127.842.0726.83
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    表  3  3种累积概率分布对5种试验强度-累积概率数据集的拟合优度检验结果

    Table  3.   Goodness-of-Fit Test Results of 3 Cumulative Probability Distributions for 5 Experimental Strength-Cumulative Probability Datasets

    累积概率分布A-D检验统计量德标单向拉伸美标三点弯折美标巴西圆盘劈裂拉伸美标单向压缩美标单向拉伸
    二参数Weibull分布$ {A^2} $0.80860.32220.33600.31930.9379
    $ p $0.51380.52430.50460.52680.0519
    是否通过检验通过通过通过通过通过
    三参数Weibull分布$ {A^2} $0.80100.32200.33340.19230.9376
    $ p $0.52230.52490.50790.89220.0521
    是否通过检验通过通过通过通过通过
    正态分布$ {A^2} $0.38011.38792.10280.26830.6759
    $ p $0.39420.00120.00000.67300.0615
    是否通过检验通过未通过未通过通过通过
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-10-12
  • 录用日期:  2025-01-06
  • 修回日期:  2025-01-03
  • 网络出版日期:  2025-10-15
  • 刊出日期:  2025-10-15

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