英文翻譯最終版

1、關于焊接結構在一個三維的熱疲勞荷載作用下裂紋產(chǎn)生和傳播的實驗和數(shù)值模擬 摘要在西瓦克斯電廠發(fā)生的熱負荷nocivity 一事件表明，對熱負荷這種類型的特異性加載 要考慮它在設計水平上的困難。本研究的目的是研究在熱負荷作用下，結構有或沒有焊接 時裂紋的產(chǎn)生和傳播。法國原子能委員會（CEA）在這一目標上開發(fā)了一種以fat3d命名的 新的實驗。進行了管焊縫危害性的各種熱負荷加載實驗，可以通過總厚度組件啟動一個網(wǎng) 絡的裂縫和一個（或幾個）裂紋來傳播。焊接結構實驗表明裂紋更快的產(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始。這些實驗結果顯示， 通常根據(jù)等效應變的變化作為分析

2、標準。關鍵詞：熱疲勞；裂紋擴展；有限兀；低周疲勞；焊接簡介由于許多工業(yè)設施結構要求材料承受各種機械加載，承受高溫等操作條件，容易導致 熱疲勞損傷。熱疲勞是一個在燃氣輪機領域關注和研究的課題，并在最近的壓水反應堆 （PWR ）混合三通反應堆冷卻系統(tǒng)某些部件中得到應用。在法國的西瓦克斯反應堆觀察到， 裂紋區(qū)中顯示一個小裂縫網(wǎng)絡（深度小于3mm）的快速啟動沒有呈現(xiàn)擇優(yōu)取向（圖1A）。除 此之外它確認了焊接接頭產(chǎn)生和擴展的作用。在焊腳確實觀察了裂紋的萌生，而焊縫網(wǎng)絡是遠離焊縫存在的（圖1b）。另外該裂紋 通過管道的厚度增長非常快速的傳播。從設計的角度來看，這些意見中提出了幾個問題。 第一個問題是確定在

3、何種程度上單軸機械測試的結果可以用來預測熱疲勞結構的產(chǎn)生。在 一個純粹的熱負荷裂紋的傳播也是一個需要解決的問題。最后焊接接頭傳播產(chǎn)生的影響也 進行了檢查。在此框架下，東航實驗室的結構完整性和標準的作用主要是模擬并分析啟動和熱載荷 作用下裂紋的擴展，以獲得進一步的見解Civaux的事件在這個框架內(nèi)，CEA實驗室主要是模擬和分析熱負荷作用下裂紋產(chǎn)生和傳播完整性和 標準的作用，已進一步了解西瓦克斯事件。帶著這個目的，實驗室混合區(qū)進行了數(shù)值研究 并開發(fā)了一個驗命名fat3d的熱測試裝置實。其主要目標是:重現(xiàn)在熱載荷作用下網(wǎng)絡裂縫的快速啟動并分析單軸產(chǎn)生的周期數(shù)。純熱載荷作用下的裂紋的擴展。研究熱疲勞作

4、用下焊縫傳播的影響。已經(jīng)在文獻3呈現(xiàn)了用于設計測試和分析結果的數(shù)值模型。在本論文中，這個測試的 原理是首先應用的。實驗表明一個結構或無焊接，并比較和有限元分析熱性能和機械性能。 最后，熱載荷作用下裂紋萌生預測從單軸力學試驗數(shù)據(jù)上使用不同的標準進行介紹和比較。FAT3D的測試原理實驗是對熱管進行加載以產(chǎn)生一個三維應力應變場。這個測試是通過以下設計要求：裂紋必須在一個合理的時間裝運啟動（最多3個月的時間檢查）。試管管內(nèi)的皮膚管需要放置一個爐。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實驗冷卻區(qū)的拋物線 形狀，熱梯度沿ZZ軸和HH軸線設置。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。不同的熱負荷參數(shù)可以到另一個測試進行修改一個（圖2C）：總周期的時間Tc。冷卻時間tf。測試管的厚度E。該爐的溫度Tc。一個周期可以分為兩個部分：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。高溫對爐內(nèi)T=650（注意這溫C為了盡量減少加熱時間，從而減少周期的持續(xù)時間， 度不符合最高溫度試件的開裂觀察條件）。拋物線形冷卻區(qū)冷水注射時間圖2、Fat3d的實驗原理!為預測中的熱測量溫度的周期。測

6、 試 管 水 噴 射 管已經(jīng)進行了熱測試，基準測試管有大量的熱電偶，在一個數(shù)值結果的金屬基熱疲勞試驗管三個測試是管焊縫隨著不同程度的加載的實驗（表1）。三種試驗，在冷卻區(qū)頂部注意裂縫網(wǎng)絡的產(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 長的裂縫定位在該地區(qū)熱負載最嚴重的地方。fat3d試驗編號4和6對停止檢查的裂縫網(wǎng)絡的定期進行了傳播。Fat3d4 號Fat3d5 號Fat3d6 號表1.Fat3d實驗的合成周期時間tc（s）19013091冷卻時間tf151511外部皮膚（C）360290220啟動循環(huán)數(shù)3500 - 1

7、2,00016,500 - 30,09314,000 - 23,000觀察的第一裂紋表面長度（mm）30206周期的總數(shù)175323009348147在實驗最后結束 的表面長度（mm）501520 或 25裂紋深度（mm）裂紋通過43.2在兩個相鄰裂縫 的平均長度（mm）3.21.71.5這些觀察得出以下結論：該fat3d實驗裂紋產(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，一個通過厚度裂紋觀察。高密度的網(wǎng)絡中的裂紋得到的熱負荷水平高。焊接管的熱疲勞試驗fat3d 6號試驗是使用相同的加載條件剃了焊接接頭進行了兩個額外的試驗。圖4描

8、述了這兩個試驗中用于測試不同的幾何形狀FAT3D號7和8的，在焊接接頭的不同取向被 認為是：接合部的第一方向是周向（圖4a），而第二個是縱向（圖4B）。圖4c中給出了焊 接過程的細節(jié)。表2總結了三熱疲勞的主要結果測試無焊接（fat3d 6號），與周圍的焊接 （fat3d 7號），縱向焊縫（fat3d8號）?？梢钥闯?，減少啟動是焊接試驗管2的一個因素。 不同的測試繼續(xù)，直到50000次為檢驗裂隙網(wǎng)絡的發(fā)展。試驗結束時，對于三測試最大裂 紋表面長度幾乎是相同的，但是網(wǎng)絡中裂縫密度是不同的。試驗后，測試管被切斷來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，開始后很短的測試時間（14000個周期），檢測到小裂紋的產(chǎn)生（幾 毫米的長度）。然而，啟動的位置取決于焊接接頭方向的不同：啟動后，fat3d7號的試驗結果為多裂紋頂端冷卻帶的延續(xù)。在這段時間里，第一裂紋 直到50000周期的長度為25毫米（圖6a）。裂紋的縱向存在的焊縫不改變方向。然而通過 焊接接頭，注意到傳播率降低是裂紋生長。至4.5毫米的深度，裂紋的深度是很重要的。圖4.為測試fat3d 7號的焊接試驗管幾何（a）和測試fat3d第8（b）；焊接接頭的幾何（c）。在fat3d 8號試驗裂紋擴展是不同的：第一條裂縫，從焊縫的界面開始，快速傳播。值得注意的是在與fat3d編號6和7試 驗的

10、比較，靠近焊縫裂紋密度低。通過厚度裂紋顯示了一個3毫米的擴展。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選擇。因此，深度這個值可能不作為 一個最大的考慮因素。遠離焊縫，相似的fat3d 6號試驗觀察裂紋產(chǎn)生的焊縫網(wǎng)絡具有高密度。然而，如圖7所示，焊縫不在冷卻區(qū)中，不在最大負荷區(qū)。因此，當焊縫位于最大熱 的觀察負荷區(qū)，在焊縫界面一個更大的傳播的裂紋可能會隨著一個較小的裂縫網(wǎng)絡傳播。這些觀察結果的分析導致以下結論：自循環(huán)的次數(shù)對焊縫的存在沒有害，因為周期數(shù)產(chǎn)生因素只減少到一個因素2；如果焊縫是平行于主應力方向，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展。同時裂縫網(wǎng)絡開 始遠離焊縫。由于焊縫不位于最大負荷區(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。該試驗的數(shù)值分析在這項研究中，我們假設材料在幾個周期內(nèi)達到穩(wěn)定，即塑性安定狀態(tài)。此外，我們 進一步假設，這個周期將不被結構完整的一生修改。循環(huán)模型基于在循環(huán)應力應變曲線的（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（而不是應力應變關系的）的應力和應變（彈性和塑性的）。這些 計算在需要的時刻之前的測定熱循環(huán)產(chǎn)生的最大和最小應力并指出最大和最小應力。這個 決定于彈性計算。之后，一個等效的熱負荷使差測定這兩個熱領域。然后，一個簡單

12、的塑 性計算與各向同性硬化模型與等效熱載荷。材料的循環(huán)應力應變曲線用于計算。因此，在焊接管開裂分析fat3d編號7和8的循環(huán)方法的四分之一允許估計具有良好 的精度-塑料彈性在熱循環(huán)中，只有應變應力應變曲線（需要對焊接數(shù)據(jù)關節(jié)）。這些測試 是在四個不同層次的執(zhí)行加載。對于焊接金屬，循環(huán)硬化曲線在雙材料標本測定，對軟金屬使用相同的測試條件。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。等效應力范圍DREQ的計算方程： 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，這與實驗觀察一致。從冷卻區(qū)開始， DREQ的值迅速減少，可以忽略不計。圖14比較了沿z軸的一個測試管或無環(huán)焊縫的彈性-應變振幅?？梢钥闯?，應變范圍 在基體金屬焊接不重要。觀察堿金屬（在冷卻區(qū)的頂部）應變變化略有增加，在這個測試 中的fat3d 6號試驗的比較這可能有助于觀察到裂紋的早期開始。疲勞分析在這張圖中，圓形符號相符單軸試驗（R=1）是在總執(zhí)行應變振幅對疲勞試樣直徑11毫米。失敗的周期數(shù)與應力振幅減少50%A圖7.在內(nèi)部的皮膚開裂觀察（a）和在實驗結束fat3d 8號試管通過的厚度（b）結論與展望這里提出的FAT3D實驗已經(jīng)證明，裂縫網(wǎng)絡在筒壁可以根據(jù)一個純循環(huán)的熱負荷啟動 和傳播。基于等效應變的變化開始預測的分析已經(jīng)顯示出這通常標準的限制：該實驗點，分別 對應5-30毫米表面長裂紋，是從單軸疲勞所產(chǎn)生的曲線下測試的熱的雙軸負載可以是在這 一現(xiàn)象的起源。這個問題將另文討論。此外，焊接結構的實驗結果表明焊縫形成壽命有限 與因數(shù)2有關，然而，焊縫