英文翻譯最終版

1、關(guān)于焊接結(jié)構(gòu)在一個(gè)三維的熱疲勞荷載作用下裂紋產(chǎn)生和傳播的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬 摘要在西瓦克斯電廠發(fā)生的熱負(fù)荷nocivity 一事件表明，對(duì)熱負(fù)荷這種類型的特異性加載 要考慮它在設(shè)計(jì)水平上的困難。本研究的目的是研究在熱負(fù)荷作用下，結(jié)構(gòu)有或沒(méi)有焊接 時(shí)裂紋的產(chǎn)生和傳播。法國(guó)原子能委員會(huì)（CEA）在這一目標(biāo)上開(kāi)發(fā)了一種以fat3d命名的 新的實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行了管焊縫危害性的各種熱負(fù)荷加載實(shí)驗(yàn)，可以通過(guò)總厚度組件啟動(dòng)一個(gè)網(wǎng) 絡(luò)的裂縫和一個(gè)（或幾個(gè)）裂紋來(lái)傳播。焊接結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)表明裂紋更快的產(chǎn)生和焊縫定位的 重要性。如西瓦克斯電廠表現(xiàn)的，兩種裂紋都從焊接接頭的腳開(kāi)始。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示， 通常根據(jù)等效應(yīng)變的變化作為分析

2、標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)鍵詞：熱疲勞；裂紋擴(kuò)展；有限兀；低周疲勞；焊接簡(jiǎn)介由于許多工業(yè)設(shè)施結(jié)構(gòu)要求材料承受各種機(jī)械加載，承受高溫等操作條件，容易導(dǎo)致 熱疲勞損傷。熱疲勞是一個(gè)在燃?xì)廨啓C(jī)領(lǐng)域關(guān)注和研究的課題，并在最近的壓水反應(yīng)堆 （PWR ）混合三通反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng)某些部件中得到應(yīng)用。在法國(guó)的西瓦克斯反應(yīng)堆觀察到， 裂紋區(qū)中顯示一個(gè)小裂縫網(wǎng)絡(luò)（深度小于3mm）的快速啟動(dòng)沒(méi)有呈現(xiàn)擇優(yōu)取向（圖1A）。除 此之外它確認(rèn)了焊接接頭產(chǎn)生和擴(kuò)展的作用。在焊腳確實(shí)觀察了裂紋的萌生，而焊縫網(wǎng)絡(luò)是遠(yuǎn)離焊縫存在的（圖1b）。另外該裂紋 通過(guò)管道的厚度增長(zhǎng)非?？焖俚膫鞑ァ脑O(shè)計(jì)的角度來(lái)看，這些意見(jiàn)中提出了幾個(gè)問(wèn)題。 第一個(gè)問(wèn)題是確定在

3、何種程度上單軸機(jī)械測(cè)試的結(jié)果可以用來(lái)預(yù)測(cè)熱疲勞結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。在 一個(gè)純粹的熱負(fù)荷裂紋的傳播也是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。最后焊接接頭傳播產(chǎn)生的影響也 進(jìn)行了檢查。在此框架下，東航實(shí)驗(yàn)室的結(jié)構(gòu)完整性和標(biāo)準(zhǔn)的作用主要是模擬并分析啟動(dòng)和熱載荷 作用下裂紋的擴(kuò)展，以獲得進(jìn)一步的見(jiàn)解Civaux的事件在這個(gè)框架內(nèi)，CEA實(shí)驗(yàn)室主要是模擬和分析熱負(fù)荷作用下裂紋產(chǎn)生和傳播完整性和 標(biāo)準(zhǔn)的作用，已進(jìn)一步了解西瓦克斯事件。帶著這個(gè)目的，實(shí)驗(yàn)室混合區(qū)進(jìn)行了數(shù)值研究 并開(kāi)發(fā)了一個(gè)驗(yàn)命名fat3d的熱測(cè)試裝置實(shí)。其主要目標(biāo)是:重現(xiàn)在熱載荷作用下網(wǎng)絡(luò)裂縫的快速啟動(dòng)并分析單軸產(chǎn)生的周期數(shù)。純熱載荷作用下的裂紋的擴(kuò)展。研究熱疲勞作

4、用下焊縫傳播的影響。已經(jīng)在文獻(xiàn)3呈現(xiàn)了用于設(shè)計(jì)測(cè)試和分析結(jié)果的數(shù)值模型。在本論文中，這個(gè)測(cè)試的 原理是首先應(yīng)用的。實(shí)驗(yàn)表明一個(gè)結(jié)構(gòu)或無(wú)焊接，并比較和有限元分析熱性能和機(jī)械性能。 最后，熱載荷作用下裂紋萌生預(yù)測(cè)從單軸力學(xué)試驗(yàn)數(shù)據(jù)上使用不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行介紹和比較。FAT3D的測(cè)試原理實(shí)驗(yàn)是對(duì)熱管進(jìn)行加載以產(chǎn)生一個(gè)三維應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)。這個(gè)測(cè)試是通過(guò)以下設(shè)計(jì)要求：裂紋必須在一個(gè)合理的時(shí)間裝運(yùn)啟動(dòng)（最多3個(gè)月的時(shí)間檢查）。試管管內(nèi)的皮膚管需要放置一個(gè)爐。冷卻區(qū)的拋物線形（圖2B）。這種熱沖擊產(chǎn)生不 同的熱梯度可分為兩類：局部梯度溫度差由內(nèi)部的皮膚和皮膚之間的外部管產(chǎn)生。整體的溫度梯度，由溫度差管的一側(cè)和另一側(cè)

5、產(chǎn)生。作為fat3d實(shí)驗(yàn)冷卻區(qū)的拋物線 形狀，熱梯度沿ZZ軸和HH軸線設(shè)置。樣品是高360毫米，166毫米和外部直徑厚度6.7毫米的316L奧氏體不銹鋼管。不同的熱負(fù)荷參數(shù)可以到另一個(gè)測(cè)試進(jìn)行修改一個(gè)（圖2C）：總周期的時(shí)間Tc。冷卻時(shí)間tf。測(cè)試管的厚度E。該爐的溫度Tc。一個(gè)周期可以分為兩個(gè)部分：加熱階段和冷卻階段。冷卻階段的控制tf （冷溫度是水的溫度）。加熱階段是控制使用參數(shù)Tc，Tc。高溫對(duì)爐內(nèi)T=650（注意這溫C為了盡量減少加熱時(shí)間，從而減少周期的持續(xù)時(shí)間， 度不符合最高溫度試件的開(kāi)裂觀察條件）。拋物線形冷卻區(qū)冷水注射時(shí)間圖2、Fat3d的實(shí)驗(yàn)原理!為預(yù)測(cè)中的熱測(cè)量溫度的周期。測(cè)

6、 試 管 水 噴 射 管已經(jīng)進(jìn)行了熱測(cè)試，基準(zhǔn)測(cè)試管有大量的熱電偶，在一個(gè)數(shù)值結(jié)果的金屬基熱疲勞試驗(yàn)管三個(gè)測(cè)試是管焊縫隨著不同程度的加載的實(shí)驗(yàn)（表1）。三種試驗(yàn)，在冷卻區(qū)頂部注意裂縫網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生。裂紋垂直于冷卻區(qū)的邊界，它們是縱 向在該表面的頂部，并逐步遵循環(huán)向方向朝向底部。作為溫度幅值較高的頂端冷卻區(qū)，最 長(zhǎng)的裂縫定位在該地區(qū)熱負(fù)載最嚴(yán)重的地方。fat3d試驗(yàn)編號(hào)4和6對(duì)停止檢查的裂縫網(wǎng)絡(luò)的定期進(jìn)行了傳播。Fat3d4 號(hào)Fat3d5 號(hào)Fat3d6 號(hào)表1.Fat3d實(shí)驗(yàn)的合成周期時(shí)間tc（s）19013091冷卻時(shí)間tf151511外部皮膚（C）360290220啟動(dòng)循環(huán)數(shù)3500 - 1

7、2,00016,500 - 30,09314,000 - 23,000觀察的第一裂紋表面長(zhǎng)度（mm）30206周期的總數(shù)175323009348147在實(shí)驗(yàn)最后結(jié)束 的表面長(zhǎng)度（mm）501520 或 25裂紋深度（mm）裂紋通過(guò)43.2在兩個(gè)相鄰裂縫 的平均長(zhǎng)度（mm）3.21.71.5這些觀察得出以下結(jié)論：該fat3d實(shí)驗(yàn)裂紋產(chǎn)生出現(xiàn)在早期。第一條裂縫出現(xiàn)在冷卻帶的頂部和垂直方向在裂縫表面和深處的顯示的傳播方向觀察；在某些情況下，一個(gè)通過(guò)厚度裂紋觀察。高密度的網(wǎng)絡(luò)中的裂紋得到的熱負(fù)荷水平高。焊接管的熱疲勞試驗(yàn)fat3d 6號(hào)試驗(yàn)是使用相同的加載條件剃了焊接接頭進(jìn)行了兩個(gè)額外的試驗(yàn)。圖4描

8、述了這兩個(gè)試驗(yàn)中用于測(cè)試不同的幾何形狀FAT3D號(hào)7和8的，在焊接接頭的不同取向被 認(rèn)為是：接合部的第一方向是周向（圖4a），而第二個(gè)是縱向（圖4B）。圖4c中給出了焊 接過(guò)程的細(xì)節(jié)。表2總結(jié)了三熱疲勞的主要結(jié)果測(cè)試無(wú)焊接（fat3d 6號(hào)），與周圍的焊接 （fat3d 7號(hào)），縱向焊縫（fat3d8號(hào)）。可以看出，減少啟動(dòng)是焊接試驗(yàn)管2的一個(gè)因素。 不同的測(cè)試?yán)^續(xù)，直到50000次為檢驗(yàn)裂隙網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，對(duì)于三測(cè)試最大裂 紋表面長(zhǎng)度幾乎是相同的，但是網(wǎng)絡(luò)中裂縫密度是不同的。試驗(yàn)后，測(cè)試管被切斷來(lái)研究裂紋隨厚度的傳播。本文的目的是沿切割線深度不同的 位置切割選確定裂紋。在焊接管的情況

9、下，開(kāi)始后很短的測(cè)試時(shí)間（14000個(gè)周期），檢測(cè)到小裂紋的產(chǎn)生（幾 毫米的長(zhǎng)度）。然而，啟動(dòng)的位置取決于焊接接頭方向的不同：?jiǎn)?dòng)后，fat3d7號(hào)的試驗(yàn)結(jié)果為多裂紋頂端冷卻帶的延續(xù)。在這段時(shí)間里，第一裂紋 直到50000周期的長(zhǎng)度為25毫米（圖6a）。裂紋的縱向存在的焊縫不改變方向。然而通過(guò) 焊接接頭，注意到傳播率降低是裂紋生長(zhǎng)。至4.5毫米的深度，裂紋的深度是很重要的。圖4.為測(cè)試fat3d 7號(hào)的焊接試驗(yàn)管幾何（a）和測(cè)試fat3d第8（b）；焊接接頭的幾何（c）。在fat3d 8號(hào)試驗(yàn)裂紋擴(kuò)展是不同的：第一條裂縫，從焊縫的界面開(kāi)始，快速傳播。值得注意的是在與fat3d編號(hào)6和7試 驗(yàn)的

10、比較，靠近焊縫裂紋密度低。通過(guò)厚度裂紋顯示了一個(gè)3毫米的擴(kuò)展。然而，正如焊 縫的裂紋深度取決于切削位置，這是特別困難的試驗(yàn)選擇。因此，深度這個(gè)值可能不作為 一個(gè)最大的考慮因素。遠(yuǎn)離焊縫，相似的fat3d 6號(hào)試驗(yàn)觀察裂紋產(chǎn)生的焊縫網(wǎng)絡(luò)具有高密度。然而，如圖7所示，焊縫不在冷卻區(qū)中，不在最大負(fù)荷區(qū)。因此，當(dāng)焊縫位于最大熱 的觀察負(fù)荷區(qū)，在焊縫界面一個(gè)更大的傳播的裂紋可能會(huì)隨著一個(gè)較小的裂縫網(wǎng)絡(luò)傳播。這些觀察結(jié)果的分析導(dǎo)致以下結(jié)論：自循環(huán)的次數(shù)對(duì)焊縫的存在沒(méi)有害，因?yàn)橹芷跀?shù)產(chǎn)生因素只減少到一個(gè)因素2；如果焊縫是平行于主應(yīng)力方向，裂紋在焊縫和垂直于焊縫方向傳播。如果焊縫是垂直 主應(yīng)力方向，裂紋首先在

11、焊縫界面產(chǎn)生。然后，觀察到的裂紋快速擴(kuò)展。同時(shí)裂縫網(wǎng)絡(luò)開(kāi) 始遠(yuǎn)離焊縫。由于焊縫不位于最大負(fù)荷區(qū)，焊接裂紋產(chǎn)生的界面向其他比較重要的裂縫方 向傳播。該試驗(yàn)的數(shù)值分析在這項(xiàng)研究中，我們假設(shè)材料在幾個(gè)周期內(nèi)達(dá)到穩(wěn)定，即塑性安定狀態(tài)。此外，我們 進(jìn)一步假設(shè)，這個(gè)周期將不被結(jié)構(gòu)完整的一生修改。循環(huán)模型基于在循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變曲線的（DR-de）的材料被稱為“四分之一”周期。該 方法不僅僅能夠確定振幅（而不是應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系的）的應(yīng)力和應(yīng)變（彈性和塑性的）。這些 計(jì)算在需要的時(shí)刻之前的測(cè)定熱循環(huán)產(chǎn)生的最大和最小應(yīng)力并指出最大和最小應(yīng)力。這個(gè) 決定于彈性計(jì)算。之后，一個(gè)等效的熱負(fù)荷使差測(cè)定這兩個(gè)熱領(lǐng)域。然后，一個(gè)簡(jiǎn)單

12、的塑 性計(jì)算與各向同性硬化模型與等效熱載荷。材料的循環(huán)應(yīng)力應(yīng)變曲線用于計(jì)算。因此，在焊接管開(kāi)裂分析fat3d編號(hào)7和8的循環(huán)方法的四分之一允許估計(jì)具有良好 的精度-塑料彈性在熱循環(huán)中，只有應(yīng)變應(yīng)力應(yīng)變曲線（需要對(duì)焊接數(shù)據(jù)關(guān)節(jié)）。這些測(cè)試 是在四個(gè)不同層次的執(zhí)行加載。對(duì)于焊接金屬，循環(huán)硬化曲線在雙材料標(biāo)本測(cè)定，對(duì)軟金屬使用相同的測(cè)試條件。用于循環(huán)法的季度材料數(shù)據(jù)在圖10給出的循環(huán)曲線。等效應(yīng)力范圍DREQ的計(jì)算方程： TOC o 1-5 h z a eq = max j (b - b ) ti,t 2211*2-二二 .3 -1_ =-1_ =(b) = .X- S : S) =.-(b- (t

13、rb)I):(b- (trb)I) HYPERLINK l bookmark24 o Current Document J2，2 E233DREQ的值是在冷卻前冷表面邊界區(qū)最高附近增加，這與實(shí)驗(yàn)觀察一致。從冷卻區(qū)開(kāi)始， DREQ的值迅速減少，可以忽略不計(jì)。圖14比較了沿z軸的一個(gè)測(cè)試管或無(wú)環(huán)焊縫的彈性-應(yīng)變振幅?？梢钥闯?，應(yīng)變范圍 在基體金屬焊接不重要。觀察堿金屬（在冷卻區(qū)的頂部）應(yīng)變變化略有增加，在這個(gè)測(cè)試 中的fat3d 6號(hào)試驗(yàn)的比較這可能有助于觀察到裂紋的早期開(kāi)始。疲勞分析在這張圖中，圓形符號(hào)相符單軸試驗(yàn)（R=1）是在總執(zhí)行應(yīng)變振幅對(duì)疲勞試樣直徑11毫米。失敗的周期數(shù)與應(yīng)力振幅減少50%A圖7.在內(nèi)部的皮膚開(kāi)裂觀察（a）和在實(shí)驗(yàn)結(jié)束fat3d 8號(hào)試管通過(guò)的厚度（b）結(jié)論與展望這里提出的FAT3D實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明，裂縫網(wǎng)絡(luò)在筒壁可以根據(jù)一個(gè)純循環(huán)的熱負(fù)荷啟動(dòng) 和傳播?；诘刃?yīng)變的變化開(kāi)始預(yù)測(cè)的分析已經(jīng)顯示出這通常標(biāo)準(zhǔn)的限制：該實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，分別 對(duì)應(yīng)5-30毫米表面長(zhǎng)裂紋，是從單軸疲勞所產(chǎn)生的曲線下測(cè)試的熱的雙軸負(fù)載可以是在這 一現(xiàn)象的起源。這個(gè)問(wèn)題將另文討論。此外，焊接結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明焊縫形成壽命有限 與因數(shù)2有關(guān)，然而，焊縫