极端工况下耐热合金厚壁容器弹塑性分析设计理论及大尺寸制氢反应器服役特性数据集

本研究基于极端工况下耐热合金材料的力学性能测试数据，构建极端工况下耐热合金厚壁容器弹塑性分析设计理论及服役特性分析方法。通过构建耐热合金材料高温应力-应变本构模型，系统开展了面向塑性垮塌、蠕变、疲劳等失效模式的分析设计方法及寿命评定技术研究。结果表明，基于高温力学性能测试数据所构建的应力-应变本构模型，与现有模型相比，模型参数更少，而所得到的应力-应变关系曲线则更为精确，从而得到更为精准的塑性垮塌预测载荷；基于高温疲劳响应测试数据所构建的疲劳寿命及损伤演化预测方法，解决了离散实验数据难以实现全工况空间的连续覆盖问题，实现不同工况下耐热合金材料的疲劳寿命及损伤演化的准确预测。该数据集为极端工况下耐热合金厚壁容器的创新设计及安全评价提供了关键支撑。断裂破坏的预测长期以来一直是学术界和工程界关注的难题，在试验方面面临着高温、高速及原位诊断等困难，在数值模拟方面也面临高度非连续、三维断裂及裂纹分叉聚合等挑战。本研究基于能量变分原理，提出考虑拉-压异性的弹塑性断裂相场模型，可有效解决断裂相场法在模拟弹塑性材料破坏时出现的失真现象。参考核电承压设备设计标准预制壳体厚度1/4的缺陷，计算了含缺陷反应器壳体的断裂过程及承载能力。结果表明，壳体承载能力无高于设计压力，有较大安全裕量，为超临界水制氢反应器选材及工程设计提供参考。