长期中子辐照 Al-Mg-Si合金的压缩力学行为

利用材料试验机及分离式霍普金森压杆装置，开展长期中子辐照后的Al-Mg-Si合金（反应堆内实际服役近30年的LT21铝合金）在不同温度和应变率下压缩力学行为的实验研究，获得了实验温度、应变率对其屈服强度及流动应力的影响规律。结果表明:材料在一定的温度区间（?40～300 ℃）和应变率区间（0.001～3 000 s?1）内，分别呈现出较为明显的温度效应与正应变率效应；其中在较低的温度（?80～?40 ℃）和较高的应变率（3 000～5 000 s?1）区间力学性能受温度和应变率变化的影响较小；当温度升至300 ℃时，材料的塑性变形行为已趋于理想塑性流动。根据前述实验结果，计及材料内部的微观辐照缺陷对力学性能的影响，建立了考虑辐照损伤的Zerilli-Armstrong本构模型，模型的计算结果与前述实验结果吻合较好。结合文献中高纯铝的微观辐照缺陷的演化数据，对不同快中子辐照剂量LT21铝合金的屈服强度，以及另两个来自反应堆内不同受辐照区域试样在不同应变率和温度下的屈服强度进行了计算。上述研究表明，本文建立的考虑辐照损伤的Z-A本构方程不仅能较好地反映长期中子辐照后的Al-Mg-Si合金宏观应力和应变、应变率、温度等参数的关系，也能针对位错运动及辐照硬化机制进行较好地描述，并且能够为反应堆内相应结构元件的设计、运行和安全评估提供一定的参考。     

压力容器接管应力准三维有限元法分析

接管是压力容器结构中形状、受力状态均较复杂的部位之一。为研究其应力分布情况,本文采用了接管平板连接模型,用一种应变在其横截面上呈线性变化的非轴对称分布的六节点三角形环状单元和非线性位移模式,将这种三维问题简化为准三维问题。根据有限元半解析方法,我们推演了这种单元的计算格式,编制了相应的计算机程序,并计算了某反应堆压力容器接管的全部位移和应力分布。     

一种新的弹塑性杂交应力元法

本文基于一个改进的弹塑性的Hellinger/Reis■ner 混合变分原理构造了一种用于解弹塑性问题的四节点等参杂交应力元.新的模型中,在单元内增加了等效应力增量、塑性等效应变增量及不协调位移变量,从而使单元内的屈服准则及流动法则平均得到满足,不协调位移改进了单元应力精度.计算表明,新的模型可以提高弹塑性杂交法的精度和计算效率.     

有穿透裂纹的圆柱体扭转应力及应力强度因子

本文对内部有纵向穿透的直线裂纹圆柱体扭转应力及应力强度因子,用线弹性理论复变函数方法进行了讨论.籍助于解析开拓,引进了一解析函数M(Z_1),把在有限的二连通域内求复扭曲函数F(Z)的问题,化归为在无限的单连通城内求解析函数M(Z_1)的问题.而后者很易于应用的方法采用保角映射求得解答.于是马上就可得到复扭曲函数.在此基础上,本文用级数形式给出了位移分量(?)、切应力分量的一般表达式,还给出了抗扭刚度和扭转应力强度因子的一般表达式.最后对αh 小的裂纹体扭转应力强度因子进行了分析和计算,指出了扭转应力强度因子随裂纹中心位置的变化规律,并说明其计算过程是比较简单的.     

基于应力比值法的V形切口应力强度因子分析

本文基于有限元分析技术建立了一种应力比值方法,用于计算V形切口的应力强度因子。该方法不需要在V形切口尖端采用反映应力奇异性的奇异单元。求解时,首先给定参考问题的广义应力强度因子,然后利用待求问题的应力值与参考问题的应力值之间的比值来求解待求问题的广义应力强度因子。算例采用切口尖端应力方法分析了平板的V形切口问题。计算结果表明,该方法计算精度较高,能够方便地用于求解相关的工程问题。     

有限元表面应力计算

用有限元[1]通用程序进行结构计算时,最常用的是位移法,因而计算得到的位移有较高的精度。由位移计算应力时,有限元法应用的是应力-应变关系和应变-位移关系,其中应变-位移是微商关系。在数值计算中,微商只能转化为差商等用插值近似处理。这样,虽然位移精度高,但应力的计算精度就被大打折扣。本文应用弹性力学辛体系理论[2],解析求解了位移和应力的影响函数。利用有限元程序计算得到的位移,由功互等定理,不需要微分插值,就可以得到指定点的应力,应力精度大大提高。工程实际中有许多问题的最大应力往往发生在构件表面。针对表面应力问题,本文给出了半平面表面应力的影响函数,进行了数值算例计算。计算结果表明,用本文提出的影响函数法求解一点的应力,其精度明显提高,并且计算结果有很好的稳定性。用本文的影响函数法编制成子程序,可作为有限元软件应力计算的一个模块,可以更好地发挥有限元程序的功效。     

残余应力下厚壁筒表面裂纹的应力强度因子计算

本文首先介绍了边界元法计算裂纹尖端应力强度因子的基本理论,接着利用边界元法计算了在残余应力下不同厚壁筒内表面椭圆裂纹的应力强度因子,研究了其大不随椭圆裂纹不同而变化的规律,为厚壁筒结构的设计,制造以及疲劳寿命分析提供了许多有价值的参考资料。     

用杂交应力元分析板的弹塑性屈曲

基于一个含面内初应力薄板问题的修正的Hellinger-Reissner变分原理,导出了一个十二自由度矩形杂交应力弯曲板元。并首次将杂交应力模型用于求解各向同性以及加筋平板的弹塑性欧拉屈曲问题。计算中,将Sturm序列方法与0.618加载法相结合以确定临界应力。材料性质采用Stowell塑性屈曲理论及Ramberg-Osgood应力应变关系加以反映。 计算结果与解析解、实验值均符合良好。而且比多数已知有限元解精确。这表明,用杂交应力模型求解平板的弹塑性欧拉屈曲问题可行,方便,可以获得满意结果:本文导出的单元精度高、收敛快。     

反应堆压力壳的密封计算

本文将反应堆压力壳的球顶盖、上下法兰、螺栓、筒体及双道O形环作为一个超静定系统进行了应力和变形分析。由此导出了一套计算方法,能较精确地计算结构的密封性能和该系统中所有部件的应力。     

圆筒外壁双边裂纹扭转问题的应力强度因子计算

本文提出了一组应力函数,用边界配置法计算了含外壁双边裂纹的扭转圆筒的扭转刚度和Ⅲ型应力强度因子.当内孔很小时,计算结果与含双边裂纹扭转圆轴的已知解一致.同时,本文给出了不同几何尺寸下圆筒扭转的计算结果.所用力法可以用于含外壁双边裂纹的不同形状简类结构的扭转问题.     

T型管接头的应力分析

本文通过三维光弹性实验,对海洋石油钴井平台T型管接头的应力进行了分析,给出了弦管和支管的内外壁应力分布及应力集中系数,并与有限元计算以及其它计算结果进行了比较,有较好的一致性。     

应力边界元法解平面弹性问题

本文提出了求解平面弹性问题的应力边界元法。简述了边界积分方程的建立,给出了常单元离散化时求系数的解析式。这种方法适用于应力边界值问题。边界积分方程中的一个边界函数就是边界点法向应力和切向应力之和,因此计算孔边应力非常方便。作为数值算例,计算了有孔无限板的孔边应力。应力边界元法也可应用于平面热弹性问题和平板弯曲问题。     

海底管线抗震设计的极限地震应力计算法

针对现用海底管线地震应力计算时存在的计算应力过大、管线几何参数和埋设深度对计算结果几乎没有影响等问题,在考虑了海底管线实际埋设环境的基础上,通过理论分析,给出了考虑地震时管线周围约束土壤进入塑性滑移状态后的极限地震应力计算方法,来计算海底埋设管线在地震作用下所产生的最大地震应力。用该新方法分析了一实际管线工程的地震应力,并通过与现用方法计算结果的比较,证明该方法克服了现用设计方法仅考虑管土之间为弹性约束、管线几何尺寸对抗震设计影响很小等问题,有效反映了实际铺设环境对海底管线地震应力的作用。本文应用极限地震应力计算法,结合工程实例计算,进一步明确了管线几何参数和埋设深度对极限地震应力的影响规律,为准确计算海底管线的地震应力、制定海底管线抗震规范、进行已服役海底管线的地震风险评估和寿命预测奠定了基础。     

反应堆压力容器防断裂设计的规范法和分析法比较

针对AP1000反应堆压力容器的上封头部分,采用规范法计算了反应堆启动和停堆瞬态下表面椭圆形裂纹前沿的应力强度因子.计算结果表明在反应堆启动过程中,上封头外表面裂纹比内表面裂纹更加危险;而停堆过程中,内表面裂纹比外表面裂纹危险.对于远离结构不连续区,环向和径向裂纹前沿的应力强度因子相差不大.但是对于临近结构不连续处,反应堆启动过程中环向裂纹比径向裂纹危险;而停堆过程中,径向裂纹比环向裂纹危险.经评价表明该缺陷符合ASME安全设计的要求.同时建立含真实裂纹的三维有限元模型进行了防断裂分析评价.通过两种方法的对比表明,传统的规范法比有限元方法偏保守.     

混凝土核安全壳干缩应力的计算

提出内约束干缩应力和外约束干缩应力的概念,利用混凝土的蠕变理论,建立了考虑施工过程的有限元计算模型,编制了电算程序,计算了秦山核安全壳在施工过程中的干缩应力。     

原岩应力状态的正交异性球壳模型评价

本文提出正交异性球壳模型,按弹性理论建立了原岩应力解析式,该方法弥补了以往各向同性球壳模型的不中,可计算出任意深度的原岩应力状态,铅垂应力,平均水平应力,水平面内最大及最小正应力。解析结构与原岩应力实例测值高度吻合。     

V形切口问题应力强度因子的计算

本文讨论了V形切口问题的特征方程实根数与切口角度的关系;用边界配置法求得了四点剪切V形切口梁复合型应力强度因子的系列结果,并得到了计算K_Ⅰ,K_Ⅱ的经验公式;提出了用边界元法结合边界配置法以及用Muskhelishvili复应力函数法计算V形切口问题应力强度因子的方法,成功地计算了无限域中方孔凹角处的应力强度因子。     

橡胶类构件应力分析方法研究——频率匹配器应力计算

本文用增量牛顿-来福逊(Newton-Rophson)法完成了频率匹配器的应力分析。首次用有限单元法解决了可以简化为平面应变型的橡胶构件应力计算问题,用应变能函数的概念推导了全部计算公式,给出了橡胶材料的应力-应变非线性关系,应变-位移的非线性关系,不可压缩材料的求解公式。编制了适于位移、力或混合边界的FORTRAN-Ⅳ通用程序。计算结果令人满意。     

爆炸膨胀环一维应力假定的分析与讨论

对爆炸膨胀环的运动过程和应力状态进行了理论分析,指出膨胀环在径向变形过程中其厚度减小 将引起内外壁的速度差,对膨胀环内外壁的速度差进行了分析。由于膨胀环内外壁速度差的存在必然造成复 杂应力状态,无法满足一维应力假定,由此推断出实验中利用外壁速度计算出的应力要略大于膨胀环内的平 均应力。利用LS-DYNA三维动力学有限元程序验证了理论分析结果,利用膨胀环外壁速度计算出的应力比 数值模拟给出的膨胀环内平均应力大1%左右。     

反应堆贯穿件J形焊缝残余应力研究

焊接残余应力是引起应力腐蚀开裂的主要原因,准确地掌握残余应力的分布是对结构完整性评定的关键.为了探明反应堆压力容器顶盖控制棒驱动机构(control rod drive mechanism,CRDM)贯穿件J形焊缝残余应力的分布,本研究加工两个CRDM贯穿件实验模拟件,采用盲孔法测试两个J形接头的焊接残余应力.通过实验探明了CRDM贯穿件焊缝残余应力的分布规律,为反应堆压力容器结构完整性的研究提供必要参考.