目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及意义  1

1.2 核反应堆压力容器用钢  2

1.3 RPV钢的辐照效应  4

1.4 RPV钢在辐照作用下的多尺度研究  6

1.4.1 分子动力学方法研究辐照缺陷研究现状 8

1.4.2 晶体塑性有限元模型研究辐照效应研究现状  11

1.4.3 RPV钢辐照效应试验研究现状  14

1.4.4 不同尺度间的联系及转换  17

1.5 研究目标与内容 19

第2章 辐照缺陷的产生、性质以及与位错的相互作用研究 22

2.1 分子动力学方法 22

2.1.1 主要计算过程  23

2.1.2 积分算法  23

2.1.3 势函数  25

2.1.4 边界条件  27

2.1.5 系综与约束  27

2.1.6 模拟环境与分析软件  29

2.1.7 分析表征方法  29

2.2 辐照缺陷的产生———位移级联过程 31

2.2.1 体系构建和模拟过程  31

2.2.2 点缺陷的产生过程  32

2.2.3 位移级联过程的影响因素  33

2.2.4 位移级联过程对应力-应变曲线的影响  34

2.3 点缺陷的性质———对单轴拉伸过程的影响 35

2.3.1 体系构建和模拟过程  35

2.3.2 点缺陷对应力-应变曲线的影响  36

2.3.3 拉伸过程中的缺陷演化  37

2.4 二维辐照缺陷———位错环与位错的相互作用研究 42

2.4.1 体系构建和模拟过程  42

2.4.2 相互作用过程  43

2.4.3 温度与位错环尺寸的影响  44

2.5 本章小结 47

第3章 考虑辐照效应的A508-Ⅲ钢晶体塑性理论模型及应用  48

3.1 考虑辐照效应的晶体塑性理论框架 48

3.1.1 晶体塑性变形基本框架  48

3.1.2 本构方程  50

3.1.3 流动方程  51

3.1.4 硬化方程  52

3.1.5 滑移系  52

3.1.6 位错密度演化  53

3.1.7 位错环密度演化  54

3.2 晶体塑性理论模型的数值实现方法 54

3.2.1 有限元求解的数值实现方法  54

3.2.2 ABAQUS UMAT  57

3.3 离子辐照情况下基于纳米压痕过程的应力-应变响应研究  58

3.3.1 有限元模型  58

3.3.2 结果与讨论  60

3.4 本章小结 65

第4章 离子辐照下A508-Ⅲ钢的TEM 和纳米压痕试验研究 66

4.1 辐照试验 66

4.1.1 离子辐照试验与SRIM 计算  66

4.1.2 辐照样品制备  67

4.1.3 试验装置及流程  67

4.2 透射电子显微镜显微观察 68

4.2.1 试验设备及制样  68

4.2.2 试验结果及讨论  69

4.3 纳米压痕试验 78

4.4 本章小结 83

第5章 多尺度框架的建立和验证以及辐照硬化研究  85

5.1 尺度转换与联系 85

5.1.1 微观尺度的位错环吸收研究  85

5.1.2 微观-细观尺度转换与联系  87

5.1.3 细观-宏观尺度转换与联系  89

5.1.4 状态参量的均匀化处理  90

5.1.5 模型正确性验证  90

5.1.6 微观参数演化  92

5.2 离子辐照A508-Ⅲ钢纳米压痕过程的晶体塑性有限元模拟 97

5.2.1 有限元模型  97

5.2.2 结果与讨论  99

5.3 辐照导致的硬化研究  108

5.4 本章小结  110

第6章 基于晶体塑性理论的辐照脆化以及工程评价研究 111

6.1 断裂韧性  111

6.1.1 J 积分与断裂韧性 112

6.1.2 解理断裂局部法 113

6.1.3 有限元模型 114

6.1.4 结果与讨论 115

6.2 韧脆转变温度  119

6.2.1 脆性断裂概率模型 119

6.2.2 有限元模型 122

6.2.3 结果与讨论 123

6.3 辐照导致的脆化研究  124

6.4 调整参考温度  129

6.5 本章小结  131

第7章 总结和展望 133

7.1 主要结论  133

7.2 主要创新点  135

7.3 建议与展望  135

参考文献 137

在学期间完成的相关学术成果 155

致谢 158