固体断裂中的约束效应

Although fracture mechanics has been around since 1960's, a relatively new and unresolved issue in fracture mechanics is the transferability, i.e. how the fracture toughness determined in laboratory can be used in structural integrity assessment. The reason which causes the transferability problem is because the level of constraint of standard laboratory test specimen is different from that of the real structural. We propose to develop a constraint based analysis methodology to resolve the transferability issue. The methodology is based on the mathematical crack tip J-A2 solution. Two important topics related to the nuclear reactor vessel (RPV) integrity, namely, the biaxial load effect and RPV pressure-temperature (P-T) limit curve, will be used for the development and validation of the proposed methodology. The two topics are extremely vital to the safety and life prediction of China's nuclear power industry.

虽然断裂力学自1960年以来便已开始发展，但断裂力学中仍存在着一些未解决的问题，举例来说如何将实验室测试出来的断裂韧性用于实际结构的完整性评估在工程上仍然是一个非常重要及尚未解决的问题。这个问题的根本原因在于实验室标准试样与实际结构的约束水平不同。本研究计划拟建立一个以约束为基础的断裂力学理论来解决这个问题。该理论是一种基于裂纹尖端的J-A2数学解的分析方法。在本研究计划中我们将用双轴载荷效应和核反应堆容器压力-温度（P-T）的极限曲线来开发和验证所提出的J-A2方法。该方法对于核反应堆压力容器（RPV）的完整性评估至关重要，对于我国的核电工业的安全性和寿命预测具有很大的应用价值。

虽然断裂力学自1960年以来便已开始发展，但断裂力学中仍存在着一些未解决的问题，举例来说如何将实验室测试出来的断裂韧性用于实际结构的完整性评估在工程上仍然是一个非常重要及尚未解决的问题。这个问题的根本原因在于实验室标准试样与实际结构的约束水平不同。实验室测试出来的断裂韧性值不能直接用于结构的安全评估。如何将实验室里测试的断裂韧性标准值转换为 RPV结构的断裂韧性值，这就是在断裂力学里的“断裂韧性转化”问题.. 我国正逐渐将核能作为主要能源。据2012年2月16日国家能源局发布的消息，预计到2020年我国将达到80万千瓦的核电装机容量。目前在国内运作的核反应堆有14个，正在建设的有27个，共计40万千瓦。因此核反应堆压力容器（RPV）完整性的评估对于我国核工业的安全和发展至关重要的。.我国核工业发展的重大技术问题很多，如（1）对于RPV的新钢材缺乏完善的研究和完整的断裂韧性数据，（2）对于RPV的安全评估还没有较完善的累积数据和经验。.因此，本项目建立一个以约束为基础的断裂力学理论来解决这个问题。该理论是一种基于裂纹尖端的J-A2数学解的分析方法。.本项目重点研究：.（1）典型的反应堆压力容器结构和双轴载荷下试样的约束效应。研究了单轴和双轴负载情况下的相对约束水平，发展如何将实验室测定的标准值转化为双轴载荷试样的断裂韧性值的新方法。.（2）研究反应堆压力容器在加热和冷却时的P-T极限曲线中的约束问题。进而得到更准确的RPV结构的P-T极限曲线，采用J-A2方法使核电厂的安全估算会更加准确，并可保证RPV的运行安全，准确地预测运行寿命。.通过本项目的研究,为我国今后对核电压力容器的寿命预测提供了新的方法.