《RPV鋼在輻照和溫度作用下的細觀力學行為研究》是依託清華大學，由聶君鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：RPV鋼在輻照和溫度作用下的細觀力學行為研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：聶君鋒
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
核反應堆壓力容器（RPV）鋼的斷裂失效與中子輻照、溫度以及材料的微觀結構密切相關。本項目擬採用試驗、理論和計算相結合的方法，從位錯運動引起的材料塑性行為出發，建立基於熱激活機制的、反映位錯運動的晶體塑性本構模型，考慮輻照效應和溫度影響，體現RPV鋼的微結構演化形態，來研究RPV鋼在輻照和溫度作用下的力學行為。首先，需要發展改進套用於RPV鋼的晶體塑性本構模型，通過最佳化算法得到材料參數；進一步，研究RPV鋼的微結構對力學行為的影響，重點考察晶粒大小、晶向以及織構等的作用，研究尺度效應、各向異性和變形非均勻性，並且考慮由於輻照引起的微結構的演化，對RPV鋼力學行為的影響；最後，從微觀角度研究RPV鋼在輻照和溫度作用下的失效機制和韌脆轉變機制，建立晶粒損傷和沿晶界破壞的競爭機制；通過熱激活理論判據，從溫度和輻照兩個方面研究RPV鋼的韌脆轉變機制，找出在輻照情況下，韌脆轉變溫度的變化。
結題摘要
輻照是影響金屬材料力學性能的重要因素，核反應堆壓力容器（RPV）長期工作在高溫、高輻照的惡劣環境中，其材料用鋼的斷裂失效與中子輻照、溫度以及材料的微觀結構密切相關。本項目組在晶體塑性理論的基礎上，將晶體的微觀滑移機制與巨觀的塑性變形行為有機結合起來，在大變形晶體塑性理論框架下，建立了一種有效的考慮輻照效應的晶體塑性本構模型，並且進行了數值實現，在此基礎上，研究了多晶材料的力學行為，研究了多晶材料在輻照作用下的尺寸效應。主要研究內容如下： （1）以面心立方（FCC）金屬為研究對象，根據晶體內位錯的產生與湮滅機制，建立了基於位錯密度的晶體塑性本構模型；在此基礎上，研究輻照效應產生的微觀物理過程和輻照缺陷與位錯運動的相互作用，在基於位錯密度的晶體塑性本構模型的基礎上，發展了考慮輻照效應的晶體塑性本構模型。 （2）將晶界作為純幾何面，根據真實晶界三晶相交的情況，建立OFHC銅的多晶模型，為每個晶粒隨機賦予不同的空間取向，研究了OFHC銅多晶在373K溫度下單軸拉伸力學行為。在未輻照和輻照劑量水平比較低時，計算結果與實驗結果吻合良好；而當輻照劑量水平比較高時，計算結果與實驗結果整體吻合良好。 （3）在考慮輻照效應的晶體塑性本構模型基礎上，套用Hall-Petch理論，進一步考慮了晶粒尺寸效應，並編寫新的UMAT子程式，初步研究晶粒大小對多晶體塑性變形的影響。分別模擬晶粒平均尺寸不同的OFHC銅多晶單軸拉伸變形過程。計算結果表明，隨著晶粒尺寸減小，位錯增殖困難，屈服應力大大增加。 （4）通過研究體心立方（BCC）晶體的位錯演化機制，建立了關於RPV鋼的基於位錯密度的晶體塑性模型，進行了數值實現，編寫了UMAT子程式；在此基礎上，建立了RPV鋼考慮輻照效應的晶體塑性本構模型，研究輻照產生的微觀結構與位錯的相互作用，揭示RPV鋼在輻照作用下的力學行為。 （5）基於位錯密度的晶體塑性模型，結合應變梯度理論（MSG），發展了考慮晶粒尺寸效應的BCC晶體塑性模型。
