一体化核反应堆内直流蒸发器用钛合金的高周多轴腐蚀疲劳性能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51875398
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0504.机械结构强度学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The heat transfer components of one-through steam generator for intergrated nuclear reactor are usually caused to fail due to the interaction of temperature, mechanical loading and corrosion, which affects the running security of the whole nulcear equipment. However, no design standard concerning this problem has been accomplished in the world. In this project, the titanium alloy TA16 used in nuclear steam generator was chosen as the research object, and the high-cycle multiaxial fatigue test as well as the microscopic failure mechanism will be performed under high temperature (325℃), high pressure (10.5MPa), hot steam and hot salt environment. The influence of high-cycle multiaxial loading on the deformation and damage mechanism will be illustrated, and the effects of multiaxial stress, temperature and corrosion on the local plastic strain accumulation will be clarified, the dynamic hardening rule in the crystal plastic model will be modified and implemented in finite element software, and the macroscopic stress strain response of the titanium alloy will be described by CP-FEM. Finally, the high-cycle multiaxial corrosion fatigue criterion with considering stress gradient and random distribution of defects will be proposed to accurately predict the fatigue life of titanium heat transfer components. The project will hopefully clarify the rule of high-cycle multiaxial corrosion fatigue failure and establish a prediction method for the heat transfer components in intergrated nuclear reactor, and the achievements will provide a theoretic support for long-life design of nuclear one-through steam generator.
一体化反应堆内直流式蒸汽发生器的传热组件经常由于经受温度、机械载荷、腐蚀的交互作用而导致失效,影响整个核电装备的安全运行,但国内外对此没有设计标准。本课题以核电蒸发器用材料TA16钛合金为研究对象,开展高温(325℃)、高压(10.5MPa)、热蒸汽和热盐环境下钛合金的高周多轴疲劳试验及失效机理研究,阐明高周多轴载荷对钛合金微观变形与损伤机制的影响,澄清多轴应力、温度、腐蚀对局部塑性应变累积的影响规律,修正晶体塑性模型的随动强化率并嵌入有限元软件,建立晶体塑性-有限元模型(CP-FEM)对钛合金宏观应力应变响应进行描述。最后,提出考虑应力梯度与缺陷随机分布的高周多轴腐蚀疲劳判据,精确预测钛合金换热组件的疲劳寿命。本项目有望阐明一体化反应堆内换热组件的高周多轴腐蚀疲劳失效规律并建立预测方法,其研究成果为核电直流蒸汽发生器的长寿命设计提供理论支持。

结项摘要

换热管作为核反应堆蒸汽发生器中的重要构件,其在经受温度、机械载荷、腐蚀交互作用下的结构完整性是小型堆长周期安全可靠运行的重要课题。本项目围绕换热管材料TA16钛合金在高温、多轴复杂应力等极端工况下的疲劳失效行为开展研究,揭示了温度对高周疲劳损伤机制的影响,阐明了多轴载荷对钛合金微观变形机制的影响规律,发展复杂应力作用下的晶体塑性-有限元模型(CP-FEM),结合疲劳微观损伤累积规律,提出了相应的疲劳判据,实现了对疲劳寿命和裂纹萌生位置的预测;同时还开发了内壁滚压强化技术以提高其疲劳性能。具体研究内容和结论如下:.(1)开展了室温及服役高温下TA16管材的高周疲劳实验,高温下热激活破坏了短程有序结构,促进了多滑移行为,位错交割引起较高水平的硬化,从而导致晶粒裂纹萌生平面由主导滑移面转换为沿最大拉应力平面。.(2)分析了TA16钛合金单轴及双轴变形的微观变形机制,单轴变形下材料以柱面单滑移为主,而双轴变形条件则大量激活了多滑移和交滑移;开展了TA16厚壁管结构在压扁试验过程中的应力分析,阐述了其集中应力区的详细变形机理。.(3)开展了TA16钛合金热机疲劳实验,并对其宏观力学响应、疲劳断口、截面微裂纹进行分析。在热机耦合条件下,同相位热机疲劳实验寿命高于恒温疲劳,而反相位热机疲劳实验寿命低于恒温疲劳。.(4)开发了基于EBSD的晶体塑性建模方法,系统比较了CP-FEM预测和SEM-DIC测量得到的全场位移和应变数据,确定了基面滑移和柱面滑移的临界分切应力比值R=4,模拟结果和DIC结果呈现出较好的一致性。.(5)开展了不同幅值下的中断疲劳实验,监测并分析穿晶、沿晶和准穿晶裂纹的形核机理,开发了结合应变不相容参数的新型疲劳指示因子及孪生-退孪生模型结合,成功预测了疲劳裂纹形核位置。.(6)开发了小规格后壁管内壁滚压强化技术,开展了滚压强化后管材的高周疲劳及热机疲劳实验,梯度结构中纳米晶及纳米孪晶层抑制了裂纹萌生及扩展,裂纹萌生从表面位置向亚表面转移,从而提高了疲劳寿命。

项目成果

期刊论文数量(16)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(9)
Deformation mechanism of Zr–Sn–Nb–Fe cladding tube under various stress states
Zr—Sn—Nb—Fe熔壳管在不同应力状态下的变形机制
  • DOI:
    10.1016/j.msea.2019.138593
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Materials Science and Engineering: A
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Jianghua Li;Yun Cui;Hao Wu;Gang Chen
  • 通讯作者:
    Gang Chen
Deformation mechanism of commercially pure titanium under biaxial loading at ambient and elevated temperatures
室温和高温双轴加载下商业纯钛的变形机制
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2022.02.027
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Materials Science & Technology
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Yuanjie Fu;Yao Cheng;Yun Cui;Yunchang Xin;Yuyao Zeng;Xiao Liu;Gang Chen
  • 通讯作者:
    Gang Chen
Effect of hydride precipitation on the fatigue cracking behavior in a zirconium alloy cladding tube
氢化物析出对锆合金熔壳管疲劳开裂行为的影响
  • DOI:
    10.1016/j.ijfatigue.2019.105230
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    International Journal of Fatigue
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Jianghua Li;Zhiyang Wang;Yao Cheng;Yunchang Xin;Hao Wu;Xiang Guo;Gang Chen
  • 通讯作者:
    Gang Chen
Deformation mechanisms and differential work hardening behavior of AZ31 magnesium alloy during biaxial deformation
AZ31镁合金双轴变形过程中的变形机制和微分加工硬化行为
  • DOI:
    10.1016/j.sctalk.2022.100069
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Magnesium and Alloys
  • 影响因子:
    17.6
  • 作者:
    Yuanjie Fu;Yao Cheng;Yun Cui;Yunchang Xin;Gang Chen;Gang Chen
  • 通讯作者:
    Gang Chen
Constitutive and damage model for the whole-life uniaxial ratcheting behavior of SAC305
SAC305全寿命单轴棘轮行为的本构模型和损伤​​模型
  • DOI:
    10.1016/j.mechmat.2022.104333
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Mechanics of Materials
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    G. Chen;Y.Y. Wang;P. Li;Y. Cui;Gang Chen;J. Yang;W.L. Xu;Q. Lin
  • 通讯作者:
    Q. Lin

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

黄连化学成分的分离与鉴定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    沈阳药科大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    裴月湖;范雪梅;李文;陈刚;马红梅;李志峰
  • 通讯作者:
    李志峰
碳离子束辐照百脉根的当代生物学效应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    辐射研究与辐射工艺学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈刚;刘瑞媛;骆善伟;周利斌
  • 通讯作者:
    周利斌
上海市辅助器具服务机构2010年和2014年人力配置比较分析
  • DOI:
    10.1371/journal.pntd.0006622
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    中国康复理论与实践
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘晓岚;宋毓;裴曌;金荣;盖彤;杨喆;魏志华;吕军;陈刚
  • 通讯作者:
    陈刚
甘薯解偶联蛋白基因家族鉴定与表达分析
  • DOI:
    10.1101/gad.314245.118
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    作物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陈璐;周淑倩;李永新;陈刚;陆国权;杨虎清
  • 通讯作者:
    杨虎清
铀矿山运提系统设备Agent可靠性仿真设计与验证
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    矿业研究与开发
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    戴剑勇;陈刚
  • 通讯作者:
    陈刚

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

陈刚的其他基金

氢致开裂对模块化小堆钛合金管高温腐蚀疲劳性能的影响研究
  • 批准号:
    52375155
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目
高燃耗燃料包壳多轴热-机械疲劳特性及环境退化机理研究
  • 批准号:
    51471116
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    84.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
原位面内双轴疲劳试验系统的研制与应用
  • 批准号:
    11172202
  • 批准年份:
    2011
  • 资助金额:
    70.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
高温功率电子封装用新型热界面材料的热疲劳性能研究
  • 批准号:
    10802056
  • 批准年份:
    2008
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码